尼莫的房事-從出生搖籃到生命的搖籃

無法分辨成體和幼體的生物

小孩與大人不一樣。但是有些生物的幼體形態與成體型態相同。

舉例來說，鱷魚的幼體與成體幾乎長得一模一樣，剛破蛋而出的鱷魚寶寶已經具有完整的鱷魚外形，出生後逐年長大，巨大的鱷魚可以長達好幾公尺。不過鱷魚的成長速度在不同環境和溫度下不盡相同，光從大小無法判斷年紀，只看外形也無法分辨是成體或幼體。有些生物的成體和幼體的形態則相差甚遠，好比蝴蝶和蛙類；也有些生物的成體和幼體沒有太大區別，如同鱷魚。

這兩類生物的差別是什麼？

海葵就是幼體和成體相差很多的生物。海葵幼體是一種很像水母的生物，叫做「浮浪幼蟲」 。浮浪幼蟲在海中自由自在漂游，找到喜歡的岩石區時就會落腳，落腳後就不再移動，附著在岩石上長成海葵。移動是海葵幼體的重要任務，長大後的海葵則是肩負產卵留下子代的使命。

蛙類和蝴蝶的成體與幼體形態也各不相同，不過任務分配上與海葵不同，負責移動的是成體不是幼體。
由此可見，如果一個生物的幼體與成體各有不同任務，彼此的形態就不會相同，而沒有區分任務的生物就具有相同形態。

人類的大人與小孩 

我們人類又是什麼情況呢？ 

人類不會因為長大而生出翅膀或尾巴消失。人類的大人和小孩的外型非常相似，但並非完全相同的個體。舉例來說，嬰兒在我們眼中看起來就很可愛。

小孩子可愛的祕密在於他們的寬額頭。嬰兒的眼睛和鼻子集中在臉的下半部，額頭顯得很寬闊，寬額頭會使得整張臉看起來就惹人憐愛。而且嬰兒頭大、四肢短，整體感覺圓滾滾的，帶有人類大人不具備的「可愛感」。假如出現了一個比成年人更巨大的嬰孩，所有人應該還是能夠辨識出他是個嬰兒。人類不像鱷魚，我們不會分辨不出來誰是大人、誰是小孩。 

人類的大人和小孩具有不同的外型。除了人類，貓狗的寶寶也長得很可愛，即便是凶猛的獅子與灰狼，牠們的幼崽看起來還是很討喜。哺乳類動物的一大特徵，就是「幼體很可愛」。

嬰兒為什麼可愛？

哺乳類動物的嬰兒擁有可愛的外型。

人類出生後先是嬰兒，嬰兒長大是兒童，童年時期的人類依然保有他們的可愛，但是在長大的過程中卻會漸漸失去這種特質。

蛙類的成體和幼體雖然具有不同形態，但是蝌蚪並不是很可愛；蝴蝶小時候是毛毛蟲，反而比較多人覺得毛毛蟲噁心，只有少數人認為牠們可愛。 

既然如此，哺乳類動物的嬰兒為什麼會可愛？

原因就在於，嬰孩需要大人的保護。哺乳類動物具有育幼行為，牠們的子代需要親代的養育。小孩的可愛外形是為了獲得大人的保護。烏龜以堅硬的龜殼防身，毛毛蟲透過毒毛保護自己，而哺乳類動物的嬰兒則是把「可愛」當護身符。 

嬰兒的額頭很寬。為什麼額頭寬看起來就比較討人喜歡呢？因為大人的腦袋裡內建了寬額頭等於可愛的程式。 證據就是只要額頭寬，不管是不是嬰兒看起來都很萌。不過額頭寬並不是為了可愛。

如果說紅燈是「停止」的信號，寬額頭就代表「不可以攻擊」與「要保護他」的信號。

對於哺乳類動物來說，大人要保護小孩，小孩要被大人保護。大人與小孩的外型相似卻又不盡相同，因為他們肩負不一樣的任務。這樣說來，小孩的任務是什麼呢？小孩的任務很明確，就是「長大」。一個人要有健全的童年，才能成為健全的大人，這就是小孩的任務。

不過近年來人類的大人和小孩越來越難區別了。 總覺得不像小孩的小大人一直在增加，長不大的巨嬰也很多。

——本文摘自《生物轉大人的種種不可思議：每一種生命的成長都有理由，都值得我們學習》，2023 年 8 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

• 作者／陳宜龍｜東吳大學微生物學系助理教授、MiTalk（微物坊）成員
• 作者／嚴融怡｜社團法人台北市野鳥學會、MiTalk（微物坊）成員

聯合國氣候峰會 COP26 剛剛落幕，過程中各國代表持續協商，冀望能達成共識，為降低溫室氣體排放、降低全球氣候變遷風險而努力。除了減少二氧化碳等溫室氣體排放的「減排」措施外，如何增加碳封存的「增匯」機制，也為人所關注。尤其是保護及利用各類天然生態系良好運作，更是諸多方案的首選，因為這些區域不但是野生生物棲息地、生物多樣性的熱點，更是天然碳匯所在。

光合自營作用，能將二氧化碳轉化並固定於生物體中，達到固碳效應，並有機會長期封存。在海洋生態系中，這就是所謂的「藍碳」。沿岸環境裏，藍碳主要供獻來自於紅樹林、珊瑚礁及海草床三大生態系。然而單純提供二氧化碳不足以趨動光合作用，植物生長還需要其它營養物質，例如磷酸鹽及硝酸鹽氮。

近期《自然》（Nature）期刊的研究報告指出，單位面積儲碳量高於陸地森林的海草床，其植株根部的內共生固氮細菌對於海草儲碳的效果功不可沒^[1]。

海草的固氮能力在「根系」

許多海草生長旺盛的區域，幾乎量測不到含氮營養鹽。過往研究學者都以為海草是從周圍海水及沉積物中吸收其它微生物固氮後的產物。沒想到，來自地中海的海神草（Posidonia oceanica，又譯為大洋海神草）獲取氮源的策略，居然相仿於陸地上豆科植物與根瘤菌間互利共生的夥伴關係。一樣都具備固氮能力，且來自根系內部特定的共生細菌。

這篇研究^[1]從巨觀到微觀，進行多維空間尺度分析；利用不同時間尺度的資訊來闡述過程機制；並採取次世代及三代定序的優勢解晰細菌群落消長，並從總體基因體、比較基因體及轉錄體分析指徵功能基因的變化。多樣化研究手段的結果都支持作者的觀點。

從單一植株根系添加穩定氮同位素的實驗發現，海神草固氮能力在根系，且在 24 小時內，就有高達 20% 的氮從根系轉移到葉片；再者，該植物最高的固氮速率來自夏季植株，此時環境中的無機氮濃度較其它季節低，甚至低於偵測極限。

與細菌的共生，讓海神草可旺盛固氮！

菌相分析的結果顯示，植株部位與周圍沉積物的細菌群落組成不同；有明顯固氮能力時的根系又異於沒固氮時期者，且迥異於與沒此功能的葉部組織。屬於伽瑪變型菌的 Celerinatantimonas 是造成差異最主要分類群。

從 16S 核醣核酸序列相似程度來區分，與此分類群最近似的物種是分離自鹽澤植物根部、具固氮能力的細菌 Celerinatantimonas diazotrophica。因此，作者命名該新種細菌為 Candidatus Celerinatantimonas neptuna (Ca. C. neptuna)。

作者進一步利用螢光原位雜交法（fluorescence in situ hybridization）這項顯微技術，發現夏季時，海神草根部內的細菌細胞數量，高達 80% 都是 Ca. C. neptuna，並且分布於根部細胞間隙及細胞內部。再搭配 nanoSIMS 這種影像質譜儀對每個樣本的氮同位素比值進行奈米尺度解析。

結果發現，先前穩定氮同位素添加實驗時的同位素訊號，就出現在這新種細菌的細胞內，強烈暗示在夏季時分，海神草旺盛的固氮作用，就是靠這種細菌幫的忙。

海神草提供「糖」，讓根部細菌頭好壯壯！

除了前面提到生理測試支持「固氮作用由海神草根部共生細菌完成」的論點外，該研究進一步提供基因體及轉錄體的證據。

作者從海神草根部總體基因體序列組裝出 Ca. C. neptuna 的基因體（metagenomic-assembled genome），並在基因註解後發現，該細菌具備固氮作用必要的基因，而且這些基因在海神草顯著固氮時期也有較高的轉錄作用。

與此同時， 海神草可能提供蔗糖給這類細菌作為碳源及能量所需，因為較高的轉錄作用也反應在細菌的胞外蔗糖分解、糖類運輸蛋白及涉及糖解作用等特定的功能基因。

除了以上直接涉及氮、碳循環外，作者在該細菌基因體及轉錄體中也發現許多與兼性內共生（facultative endophytic symbiont）有關的指標基因。

這些參考指標是基於前人研究陸生植物與內共生細菌的夥伴關係而來。例如：涉及運動及固著的基因（flaA 及flp）、群體感知（quorum-sensing）調節有關的基因（luxR）、去除過氧化物毒害作用的基因（dps，ahpC/F）。這些基因是跨物種間建立互利關係的指標因子。

海神草的共生固氮菌是如何獲得？這篇文章並沒有進行相關實驗。從演化觀點來看，海草約在一億年前由陸域開花植物遷移到海洋環境。長期適應、演化的結果，其陸域型根部菌相被海洋微生物所取代。

從細菌的親緣樹推測，Ca. C. neptuna 的祖先可能來自海岸環境，在缺乏含氮營養鹽下獲得固氮的能力，並與海洋開花植物形成緊密的共生關係。

近期還有一篇文章同樣探討海洋缺氧區域的固氮作用。研究人員的數學模式指出：固氮作用也可發生在海洋的無光區（aphotic ocean），在浮游生物活體和死亡殘體所聚合的顆粒之中，也就是所謂的海洋雪（marine snow particles），其內部的缺氧區²。透過這兩項研究，顯示海洋氮元素循環還有很多值得探究的秘密。

參考資料

1. Mohr, W., Lehnen, N., Ahmerkamp, S. et al. Terrestrial-type nitrogen-fixing symbiosis between seagrass and a marine bacterium. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04063-4
2. Chakraborty, S., Andersen, K.H., Visser, A.W. et al. Quantifying nitrogen fixation by heterotrophic bacteria in sinking marine particles. Nat Commun 12, 4085 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23875-6

與此研究題材相關或具特定技術的部分台灣團隊：

1. 海草床研究：中興大學生命科學系林幸助老師
2. 運用螢光原位雜交法技術於微生物樣本：
   成功大學環境工程系：吳哲宏老師
   中央研究院生物多樣性研究中心：湯森林老師
3. nanoSIMS 平台：中央研院院「奈米級二次離子質譜儀實驗室」
4. 總體基因體序列組裝及分析：台北醫學大學醫學資訊研究所吳育瑋老師

作者／cot｜滔滔 Ocean says 作者，英屬哥倫比亞大學海洋與漁業中心博士生

迪士尼動畫《海底總動員 2：多莉去哪兒》在北美首映的第一天，我跟一群朋友早在一週前就買好了票，浩浩蕩蕩的在充滿小孩的電影院中霸佔了最中間的兩排，就是為了先睹為快這部曾經在大家的童年佔有一席之地的電影，這次又有什麼令人興奮的新故事？

必須說：電影真的是好看的，我在其中數次大笑出聲，下一秒又濕了眼眶。

但是，即使一邊想要壓抑自己看電影時不要犯職業病，一出電影院仍然忍不住要碎碎念一下電影裡「科學不正確」的段落……

SPOILER ALERT：以下會談到電影裡的劇情，還沒看過電影的朋友請斟酌服用。

1. 多莉、馬林和尼莫到底是怎麼從澳洲到加州的？

這趟冒險（失蹤之旅）始於待在尼莫家鄉澳洲大堡礁的多莉，突然想起自己的老家在加州的蒙特利灣（Monterey Bay）。於是，多莉以及尼莫、馬林便大老遠的大堡礁一路跑到加州，尋找多莉的老背老木。

這段漫長旅程在本片一開始只佔了五分鐘，不過沒關係，畢竟這部片又不是「多莉的環球冒險」──但讓人坐立不安的是，片中特別提及她們是與海龜們一起搭乘「加利福里亞洋流」而來的。

等等，從大堡礁到加州，若要搭乘加州洋流到達，必須先經過阿拉斯加吧？！

從上圖可以看到，如果要從大堡礁（澳洲東北部）出發，又要搭上加利福里亞涼流，必須先（不知道怎麼辦到的）穿過赤道，搭上黑潮。接著，等到黑潮在太平洋中央接上太平洋洋流後，到達寒冷的阿拉斯加附近，才能搭上加利福里亞涼流。

不過，不管是小丑魚（尼莫和馬林）還是擬刺尾鯛（多莉），他們最適宜的生存溫度都是攝氏 25-28 度左右，到底是怎麼在寒冷的加利福里亞洋流生存的（最低溫可到攝氏 9 度），真是個謎啊～

2. 鯨鯊「命運」（Destiny）是鯊魚，不是鯨魚

還記得在第一集時，會說「鯨語」的多莉讓自己和尼莫爸爸差點被大翅鯨吞掉的驚險情節嗎？在這集中，終於揭露了為什麼會說「鯨語」了！

原來，多莉的「鯨語」是小時候與她的「管友」：鯨鯊「命運」和小白鯨「利鯨」學的。

但是，鯨鯊是鯊魚不是鯨魚喔！除了一樣都體型大之外，鯨鯊實在跟鯨魚沒什麼關係，人家可是堂堂正正軟骨魚綱的魚類呢！到底為什麼多莉可以跟明明就是鯊魚的命運學「鯨語」咧？

3. 多莉是海水魚，跳進人類的水壺中（淡水）不能活

多莉的追尋父母大作戰中，為了在海洋中心移動到不同的展館，還有後來追尋尼莫和馬林搭上的卡車，必須在不同的水體中移動。

但是，身為海水魚的多莉，一旦掉進淡水裡，可是活不久的。多莉啊，下次跳來跳去之前請先想仔細啊！

4. 多莉目前人工繁殖極困難，大部分水族館中的多莉都還是來自野外

最後一點，也是最想要提醒各位觀眾的一點：多莉很可愛，但是請不要把她帶回家！

從尋找尼莫開始，兩部電影的主旨都在強調「人類不要為了一己之私，將野生動物從野外帶回室內馴養」。第二集中的海洋中心更是標榜他們的主要任務為救傷，並以野放救援成功的海洋生物為目標。

可是，在當年海底總動員第一集造成轟動後，也連帶的造成小丑魚在水族市場大賣，成千上萬隻「尼莫」被從海中帶走（主要從菲律賓和印尼），永遠與他們的家人朋友分開。

比較值得慶幸的是，不久後水族繁殖的進展便跟上需求，現在已經可以買到完全人工繁殖的的小丑魚了。

但，「多莉」還沒這麼幸運！目前擬刺尾鯛幾乎無法人工繁殖（即使有零星成功的案例，但並未達到能供應水族商業需求的程度），所以帶一隻多莉回家，野外就少了一隻多莉……

雖然吐嘈了這麼多，還是很推薦大家去看這部片（只要不要把多莉買回家就好了），畢竟它還是如每一部迪士尼/皮克斯電影一樣，有帶給大人小孩夢想的能力，也談了很多關於親情與面對身心障礙的議題。

不過如果製作單位能再多在意細節上的科學一些，觀眾可能可以更投入吧？（畢竟迪士尼都諮詢了華盛頓大學的一名海洋生物力學家關於裡面生物運動的細節了，為什麼沒有在其他的地方做到 Fact-check，我實在不明白呀……）

本文轉載自滔滔 Ocean says