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台灣紅火蟻防治司令部——王忠信與他的千軍萬「螞」

研之有物│中央研究院_96
・2019/08/21 ・3183字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

採訪編輯|歐宇甜、美術編輯|林洵安

在中研院,有一間神秘的實驗室,飼養的生物數量達到百萬級!莫驚莫慌莫害怕,這是生物多樣性研究中心王忠信副研究員的「螞蟻房」,用來飼養、觀察「入侵紅火蟻」(以下簡稱紅火蟻),以研究紅火蟻的超級基因,尋找防治解方。但但但……這麼龐大的螞蟻軍團,是從哪裡找來的?牠們要住在哪裡?平常吃什麼、伙食費會不會爆表?聽說在實驗室的處女蟻后會因為「環境」不對,拒絕雄蟻求愛哩。一起來瞧瞧!

中研院的神秘螞蟻房。2010 年,演化基因學家王忠信從國外回到台灣中研院,研究入侵紅火蟻的超級基因。為了近距離觀察紅火蟻,他向中研院申請設立這間院區內最特別的螞蟻房。 攝影/林洵

天啊!這裡有數以萬計的紅火蟻,從哪裡找來的呢?

這些紅火蟻都是從野外採集來的。只要有人通報哪裡出現紅火蟻,我們就會組隊過去採集,每次大約五、六個人一組。

紅火蟻主要出現在農地、還沒蓋的建築工地、公園、高爾夫球場等地,人們將樹木、落葉都清除乾淨,開闊的地面剛好是紅火蟻喜歡的築巢點。凸起的蟻丘高度可達一公尺,並可往下延伸十幾公尺,天冷乾旱時紅火蟻會往暖溼的地底移動,成熟的巢穴可能多達 20~50 萬隻紅火蟻!

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開闊的地面剛好是紅火蟻喜歡的築巢點。圖片來源/王忠信
紅火蟻巢穴內部示意圖。圖說設計/黃曉君、林洵安

不過,我們也不是哪裡都去,多半是去固定幾個地區,像是桃園和新莊一帶。而且一收到通報就要動身「搶收」紅火蟻,不然巢穴很快會被施藥,那就抓不到了。

可是紅火蟻天生脾氣暴,怎麼採集呢?要穿防護裝備嗎?

當然要!(滴汗)紅火蟻喜歡順著垂直的物體攀爬,比方說……人腿。所以採集前,必須穿著長筒雨靴等防護設備,上面撒上滑滑的痱子粉,讓紅火蟻爬不上來。找到紅火蟻巢穴後,立刻用鏟子挖到水桶裡,動作必須迅雷不及掩耳,以免受到驚嚇的蟻后有機會逃跑。

下一個問題是:怎麼把巢內的紅火蟻逼出來?這要說到紅火蟻有個神奇的本領:蟻筏

在紅火蟻的故鄉——南美亞馬遜雨林,每年都有雨季、洪水氾濫,大水淹沒紅火蟻巢穴。為了活命,紅火蟻會用大顎咬住彼此的腳,組成一顆球狀或筏狀,把蟻后和卵、幼蟲放在「球」中間保護,稱為「蟻筏」。一般螞蟻遇水會淹死,但紅火蟻體表防水,可以藉著蟻筏在水面漂流,等待時機重新登陸。所以在美國,每當颶風一來、淹水時,人們還得注意水面是否漂著蟻筏,免得慘遭「蟻吻」呢。

紅火蟻的蟻筏。把紅火蟻丟入水中,牠們會用大顎咬住彼此的腳,組成一個球狀或筏狀物,把蟻后和卵、幼蟲放在「球」中間保護,稱為「蟻筏」。 攝影/林洵安

紅火蟻這個有趣的特性,提供科學家誘出巢中紅火蟻的靈感。方法是:拿寶特瓶裝水,對著裝了蟻巢的水桶緩緩滴水,模擬下雨、淹水,紅火蟻就會傾巢而出,自動在水面聚成一團蟻筏,如此就能輕鬆抓出整巢的紅火蟻。

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對著裝了蟻巢的水桶緩緩滴水,模擬下雨、淹水,紅火蟻就會傾巢而出,自動在水面聚成一團蟻筏。資料來源/王忠信、圖說設計/黃曉君、林洵安

把紅火蟻抓回來後,要讓牠們住哪裡?吃什麼?紅火蟻不會逃跑嗎?

我們準備了大型的塑膠盒,裡面放紅火蟻的人工巢穴,盒子內壁塗上 Fluon® (氟龍),這種物質非常滑,讓紅火蟻爬不出來。人工巢穴是石膏做的,紅火蟻喜歡潮溼的環境,石膏可吸水、維持溼度,有時會再放幾塊溼海綿,讓牠們住的更舒適。(影片中有大量螞蟻,有密集恐懼症的夥伴請自行斟酌觀看)

餐點方面,我們會餵蟑螂、蟋蟀或麵包蟲,有時也有水煮蛋。你們一進來聞到的「奇妙」味道,嗯,就是這些「食材」發出來的……我們通常週一、三、五各餵食一次,每巢給約一湯匙份量的食物,並用小玻璃管裝水,管口塞棉花,讓紅火蟻可以喝水。不過紅火蟻的食量很大,有時蟻后又生太多、一個盒子可多達十萬隻,就必須清掉一些,免得伙食開銷太大,實驗室被吃垮……

蟻房裡有養單蟻后巢、也有多蟻后巢嗎?怎麼分辨兩者的不同呢?

在單蟻后巢,工蟻會給唯一的蟻后多一點空間,所以蟻后的周圍會淨空一圈,很容易觀察到蟻后在哪裡。但在多蟻后巢,可能蟻后比較多,工蟻不會留給每隻蟻后空間,蟻后就跟大家擠在一起生活,仔細觀察才能找到蟻后。

單蟻后巢的蟻后(黃色圈圈內),工蟻會讓出空間,使周圍淨空一圈。 攝影/林洵安
多蟻后巢穴的蟻后(黃色圈圈內)大家混在一起,仔細觀察才能找到蟻后。攝影/林洵安

另外科學家也發現,單、多蟻后的消長跟居住空間變化有關。在亞馬遜雨林,雨季大水消退後,河流兩旁土地淨空,這時紅火蟻的單蟻后會搶先飛來,占據領域築巢並繁衍後代,族群比較興盛。當紅火蟻越來越多、空間變擠,反而換成多蟻后族群比較興盛。

推測原因,可能是多蟻后巢能容納多隻蟻后、節省生存空間,所以在棲地不夠時,族群比較容易繁衍。不過等到下一次雨季,大水再次氾濫、消退,又會換成單蟻后族群強勢登場……兩者的族群消長呈現周期性循環,非常有趣。

實驗室的處女蟻后和雄蟻會不會交配,誕生新的族群?

紅火蟻要成功交配,必須經歷一個「婚飛」的過程。在春、夏繁殖期,有翅的雄蟻與處女蟻后會飛到巢外交配,之後蟻后再找適合地點建立新巢。螞蟻房也有雄蟻和處女蟻后,牠們有時會飛到盒子外。我們試過將雄蟻跟處女蟻后黏在小棍子、夾在鑷子上,進行人工配對。

結果發現:雄蟻想和處女蟻后交配,但處女蟻后會拒絕雄蟻,所以至今還沒有配對成功……

推測原因可能是溫度、濕度等條件不對 。總之,目前還沒辦法在實驗室繁衍新的族群。

除了入侵紅火蟻,螞蟻房還有養其他螞蟻嗎?

哈哈,大家出野外若發現其他種類的螞蟻,也會帶回來當「寵物」養,像我們也飼養熱帶火蟻熱帶火蟻和入侵紅火蟻是近親,推測在西班牙航海貿易時期被帶入,喜歡炎熱環境,主要分布在南部,目前與入侵紅火蟻各自稱霸南、北台灣。熱帶火蟻和入侵紅火蟻的外型非常相似,但有一種頭部特別大、大顎發達的兵蟻,主要擔任守衛工作;牠們喜歡吃種子,肌肉發達的大顎適合咬破種子。

熱帶火蟻有大頭兵蟻,入侵紅火蟻沒有兵蟻,只有工蟻,可用來區別兩種火蟻。 攝影/林洵安

照顧螞蟻大不易

在實驗室門口有張告示:「若您發現螞蟻在外煩請聯絡XXX……」呼呼,看來養螞蟻也是操碎了心,不但要置辦住屋、定期餵食、操心婚飛 (Nuptial flight),還要擔心牠們離家出走。

想知道王忠信助研究員在這群螞蟻軍團,找到了什麼重大的研究成果?不要錯過上一篇《對抗紅火蟻新兵法:破解關鍵基因,讓工蟻對蟻后下剋上?》。

王忠信副研究員與他的千軍萬「螞」。 攝影/林洵安
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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《世紀帝國II:決定版》之蟻群爭霸?!
胡中行_96
・2023/10/12 ・3293字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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風靡全球的電玩系列《世紀帝國》(Age of Empires),問世將近 26 年,歷經多次新作發表與改版。[1]終於,有生物學家發現它的附加價值,妥善利用於學術研究:2023 年 8 月澳洲聯邦科學暨工業研究院(CSIRO)跟西澳大學(University of Western Australia)隆重巨獻,於美國《國家科學院院刊》(PNAS)正式發表[2, 3]──《世紀帝國II:決定版》(Age of Empires II: Definitive Edition)之蟻群爭霸!

當然,微軟 Xbox 沒有業配贊助,論文標題也不長這樣,而且研究設計浪費了遊戲豐富的功能,玩法單調純樸。[1, 2]不過,成果依然獲得 YouTube 電玩頻道的專業評析,與網友的熱烈討論。[4]

CSIRO 釋出的《世紀帝國 II:決定版》戰爭畫面。圖/參考資料 3(© CSIRO;Fair Use

遊戲模擬

《世紀帝國II:決定版》的場景編輯器,允許玩家在地圖上,改變環境特徵,並配置人力與建物。遊戲裡軍民單位的行為,由32,000行的程式所控制:在「if… then…」的語法下,如果某單位滿足特定條件,便會引發對應的行為。與此研究有關的部份,規範敵軍進入反應半徑時,軍事單位必須向前移動並發動攻擊,但是對於友軍或中立者則一概忽略。其中精銳條頓騎士(Elite Teutonic Knight)的反應半徑為3個格子;而雙手劍兵(Two-Handed Swordsman)則是 4 個。[2]利用這樣的設計,便可以激發戰爭。

研究團隊選擇「標準」的遊戲難度,先讓精銳條頓騎士跟雙手劍兵單挑,直到一方陣亡,總共 10 次。如此確定前者的強悍名不虛傳,無往不利。接著每次出 1 名精銳條頓騎士,跟 2、3、4…8 名雙手劍兵對打,即至1:4 的時候,都還是精銳條頓騎士勝出。最後,研究團隊做了下列設定:[2]

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  • 藍軍:玩家控制;紅軍的敵人;擁有最高生命值和最強攻擊力的精銳條頓騎士,共 9 名。[2]
  • 紅軍:電腦控制;藍軍的敵人;以 20、30、40…100 名戰力薄弱的雙手劍兵,組成數個步兵團。[2]
  • 綠軍:電腦控制;藍、紅兩軍分別的友軍。[2]
  • 簡單競技場:以城牆圍出一塊不會遭藍軍或紅軍攻擊,形狀為長方形的綠軍地盤,讓藍、紅兩軍於其中捉對廝殺。[2]
  • 複雜競技場:先圈出一個簡單競技場,然後用步兵單位無法跨越的水域,在裏頭隔出3條巷道。每條都有3名藍軍的精銳條頓騎士駐守,與巷道外紅軍的雙手劍兵團對峙。[2]

在玩家完全不操作的狀況下,藍軍與不同人數的紅軍,於簡單和複雜競技場交戰。每種排列組合打 10 場,總共 180 場戰役。每場都要打到有一方被完全殲滅,才算結束。簡而言之,就是以不同的人數和場地,不斷重演一模一樣的情境。[2]「大概是遊戲最無聊的玩法」,論文的第一作者 Samuel Lymbery 博士抱怨。[5]整體來說,當紅軍人數增加到一個程度,藍軍的勝算便開始下降,而場地差異則會影響達到此變化的門檻。[2]

藍、紅兩軍在簡單競技場中對戰。影/參考資料 3(© CSIRO;Fair Use

螞蟻實戰

2021年 7 到 10 月間,研究團隊去西澳伯斯丘(Perth Hills)地區的小鎮Chidlow,找澳洲肉蟻(Australian meat ants;學名Iridomyrmex purpureus[註]),還有外來的阿根廷蟻(Argentine ants;Linepithema humile)。從兩者分別的 6 個聚落抓工蟻,數量恰為實驗所需,且不會危害蟻群續存。帶回實驗室後,將來自同個蟻窩的關在一起,用水、蜂蜜和死蟋蟀飼養。[2]

澳洲肉蟻與阿根廷蟻的工蟻,先一對一「釘孤枝」(tìng-koo-ki[6]),直到其中一方死亡為止。凡是有打起來的場次,一律由澳洲肉蟻獲勝。接下來,研究團隊以類似電玩版的模式,調整蟻群的大小與所處的環境,讓兩軍對戰。[2]

  • 澳洲肉蟻:每場戰役徵召20隻。[2]
  • 阿根廷蟻:每次發派 5、10、20、60、100、150 或 200 隻。[2]
  • 簡單競技場:10 公升裝的塑膠容器。[2]
  • 複雜競技場:在塑膠容器裡,用木板區隔出數條巷道。[2]

各種排列組合,照原計劃是要打 7 次,排除有技術性問題的幾次,最後總共進行了 93 場戰役。這裡與遊戲模擬的差別,在於限制時間長度為 24 個鐘頭,結束後統計雙方死傷,而非等到單方全軍覆沒。不意外地,澳洲肉蟻總是勝利,然而傷亡數量卻隨情況而異。[2]

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巨大的澳洲肉蟻;弱小的阿根廷蟻。圖/參考資料 3(© Bruce Webber CSIRO;Fair Use

人類與螞蟻

螞蟻之類的社會性昆蟲打起來,規模與人類的傳統戰爭雷同。[3, 5]澳洲肉蟻對上阿根廷蟻,就像精銳條頓騎士之於雙手劍兵。無論是實戰或電玩,少數強者跟眾多弱者戰鬥時,強者於複雜競技場的死亡率較低,而在簡單競技場則較高。所以戰爭的結果,「取決於戰場的特性」,Samuel Lymbery博士表示。[3]

侵略性的外來螞蟻,會攻擊本土動物,並破壞農作物。[5]阿根廷蟻雖然體型渺小,卻在人為環境或受人類影響的棲地大量繁殖,[2, 3]而且是最猖獗的外來種之一,每年造成全球 1 千 9 百萬美金的經濟損失[2]這是因為人類整頓地面時,移除了植物和自然碎屑,於是創造出簡單競技場般,空曠、開放的戰鬥場域。[3]對真實世界的螞蟻來說,簡單競技場就是人行道和公園;而複雜競技場為樹叢或木屑等。[5]總之,原本自然環境中,具有體型優勢、擅長單挑的澳洲肉蟻,在人為的干擾下,變得容易死於敵軍圍毆。[3]人類務必把複雜的結構加回去,才能減少外來者造成的物種失衡。[3, 5]

YouTube電玩頻道推薦

澳洲這篇論文在美國《國家科學院院刊》上線後,擁有 36.9 萬追蹤者的 YouTube 電玩頻道 Spirit of the Law,發表了一支 12 分鐘,深入淺出的影片,摘要研究重點,還提到其中運用的蘭徹斯特法則(Lanchester’s laws)。不到1個月,已有將近 30 萬人次觀賞。[4]影片下方留言區的科學家與資深玩家,不僅熱議這個描述第一次世界大戰前的戰爭型態中,戰力、人數與戰爭結果關係的數學模型,也執著於論文不影響結論的計算錯誤。[2, 4]發覺迴響熱烈的 CSIRO,感謝 Spirit of the Law 之餘,更將影片節錄到自己的頻道上推廣。[7]

CSIRO 節錄 YouTube 頻道 Spirit of the Law,對此研究的介紹。影/參考資料 7
YouTube 電玩頻道 Spirit of the Law 介紹用《世紀帝國》模擬螞蟻行為的研究。影/參考資料 4

備註

研究團隊把 Iridomyrmex purpureus,叫作澳洲肉蟻(Australian meat ant)。[2]這種螞蟻的學名,有多個中文翻譯。臺灣大學昆蟲系名譽教授吳文哲導讀,彰化師範大學生物學系教授林宗岐審訂的《螞蟻螞蟻:螞蟻大師威爾森與霍德伯勒的科學探索之旅》,稱其為紫虹琉璃蟻[8]

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參考資料

  1. Age of Empires. (26 OCT 2022) ‘Age of Empires – A Franchise History’. YouTube.
  2. Lymbery SJ, Webber BL, Didham RK. (2023) ‘Complex battlefields favor strong soldiers over large armies in social animal warfare’. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 12;120(37):e2217973120.
  3. Dewar I. (29 AUG 2023) ‘Ant wars: How native species can win the battle over invasive pests’. CSIRO, Australia.
  4. Spirit of the Law. (13 SEP 2023) ‘How AoE2 is helping scientists understand ants’. YouTube.
  5. Hughes M. (03 OCT 2023) ‘Scientists use Age of Empires computer game to simulate ant warfare’. ABC News, Australia.
  6. 釘孤枝」教育部臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 06 OCT 2023)
  7. CSIRO. (24 SEP 2023) ‘Testing ant warefare models in Age of Empires II #ageofempires’. YouTube.
  8. Wilson EO, Hölldobler B.(05 SEP 2019)《螞蟻螞蟻:螞蟻大師威爾森與霍德伯勒的科學探索之旅》貓頭鷹出版社
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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臺灣原子與分子科學研究所創立的幕後功臣:張昭鼎——專訪中研院原分所陳貴賢研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/08/26 ・4364字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|簡克志
  • 責任編輯|簡克志
  • 美術設計|蔡宛潔

中研院原分所的推手

中央研究院原子與分子科學研究所(簡稱原分所),是國內原子科學的研究重鎮,位處於臺灣大學學區,研究領域涉及表面科學、尖端材料、原子/分子與光學、化學動態學以及生物物理。原分所第一任的籌備處主任為張昭鼎先生,他的思維與待人接物的方式,深深影響了現在的原分所。中研院「研之有物」於 2023 年 4 月專訪原分所所長陳貴賢特聘研究員,一起從他的角度認識這位謙和又有遠見的科學家。

在研之有物團隊與張昭鼎紀念基金會人員到訪時,陳貴賢相當熱情地介紹原分所沿革以及張昭鼎的為人處世。圖|研之有物

當天是個晴朗和煦的午後,研之有物團隊和張昭鼎基金會的工作人員,來到位於臺灣大學的中研院原分所,準備拜訪陳貴賢所長。原分所位於臺大校園中心,旁邊就是醉月湖,研究所建築外觀換新之後,以典雅新穎的紅磚色拱形亮相。甫進辦公室,充滿活力的陳貴賢,看起來已經準備好和我們分享關於原分所和張昭鼎先生的故事。

原分所建立初衷

原分所成立於 1982 年,由張昭鼎擔任第一任籌備處主任(1982~1993),現任所長是陳貴賢,擔任所長已將近 7 年(2016~2023),並即將在今年 7 月 15 日交接所長職位給魏金明合聘特聘研究員。當我們問到原分所一開始是如何成立的?陳貴賢提到,原分所是當時海外學者李遠哲與浦大邦開始的構想,希望幫助臺灣發展原子與分子科學、同步輻射科學兩大領域,以跟進國際科學的研究步調。

為了和政府提出建言,李遠哲等學者邀請了全世界知名的科學家一起討論,包含吳健雄以及她的先生袁家騮,他們當時還回臺灣做了好幾場演講。經過持續的溝通與交流,最後終於事成,浦大邦主要負責同步輻射(中心落腳於新竹清華大學旁),而李遠哲就是想辦法建立原分所。

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由於李遠哲當時人在美國柏克萊大學化學系任職,他迫切需要一位信任的人在臺灣幫忙。因此,他找了在學時期認識的臺大學長張昭鼎,請他負責籌備原分所,張昭鼎當時已經是臺灣無機合成化學的先驅。陳貴賢回憶道「張昭鼎是一位格局很大的人,也可以理解基層的需求」。

成立一個所並不簡單,有很多眉角要處理,比如選址就是大問題。李遠哲希望能夠促進中研院和學校之間的合作,讓年輕學生也能參與研究,最終選址於臺灣大學正中央,原分所就此成立。「對有志於科學的年輕人是非常大的福氣」,陳貴賢說。

1982 年原分所籌備初期的建築工地,照片中李遠哲(右 1)、張昭鼎(右 2)與李崇道(右 3)正在討論。圖|陳貴賢

原分所在做什麼?新興材料的研究重鎮!

話說回來,原子與分子科學研究所是研究什麼呢?看起來不是一般的物理、化學、機械等數理學術機構。陳貴賢在訪談中笑著說,「所有的物質都是原子組成的,兩個原子結合在一起就變成分子,分子繼續疊在一起就會形成固態、氣態或液態的物質。」原分所是在研究原子相關的物質科學,但陳貴賢強調,原子內還有各種基本粒子,例如質子、中子或夸克等,研究這些基本粒子屬於高能物理,不屬於原分所的研究範疇。

舉例來說,原分所的研究有大家很熟悉的半導體,以及稱為「表面科學」的重要領域。陳貴賢說,很多化學反應都會發生在物質表面,尤其太陽光如何和表面原子互動相當值得探討,他的實驗室就有研究如何透過光催化材料來進行人工光合作用。

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原分所另一個重要領域是「化學反應動態學」。陳貴賢提到,過去李遠哲回臺灣時,就有從柏克萊帶回珍貴的交叉分子束設備。設備的噴嘴會噴出兩束不同的分子束,讓分子束交叉碰撞之後,觀察化學反應的動態機制。「了解化學反應怎麼發生,才有可能對它進一步控制」,陳貴賢道,他以燃燒反應為例,如何讓燃燒反應更完全、減少污染物的產生就是個大學問。

此外,陳貴賢還分享了另外兩個重要領域「尖端材料」和「生物物理」,尖端材料例如能源材料,有太陽能材料或是熱電材料等,讓未來能源發展有更多機會。生物物理例如研究生物影像的分析方法,發展各種創新的顯微技術。

原分所發展至今,即使張昭鼎在 1993 年 4 月離世,仍受到他的處世之道影響。陳貴賢回憶道,當時 1993 年元月份來到原分所,在開始長期的學術生涯之前,曾仔細瞭解張昭鼎的事跡及為人,發現他很重視基層人才,願意給年輕人機會,甚至幫忙找資源。

隨著不同的所長接任,原分所的制度和規範逐漸完善,在林聖賢、劉國平、王玉麟、及周美吟等所長的努力下,原分所逐漸進入穩定發展的狀態。王玉麟擔任所長期間為了紀念張昭鼎,在 4 樓的會議廳就命名為「張昭鼎紀念講堂」。

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張昭鼎紀念講堂。圖|研之有物

搶救《科學月刊》,致力於科學教育傳播

除了成立原分所之外,張昭鼎的另一項重要貢獻是《科學月刊》。《科學月刊》是臺灣本土力量孕育而生的科學雜誌,自 1970 年創刊營運到現在,是珍貴的科學傳播刊物,對於臺灣科學界的人才培養和學術交流都有好的影響。

關於《科學月刊》對臺灣早期科學界的重要性,陳貴賢說:「你做的科學研究不只是要在國際上發表成果,你甚至希望可以扎根,讓更多下一代的人可以對科學有興趣。在那個時代我想《科學月刊》幾乎是唯一的選擇。」

張昭鼎是《科學月刊》在位最久的董事長(1973~1993),1970 年代初期是《科學月刊》早年財務最艱困的時候,甚至在 1975 年內部曾經有停刊的想法,而張昭鼎與董事會最後的決策是:保留《科學月刊》,圖書業務則交由他人負責經銷。這個決定影響深遠,讓《科學月刊》度過困難的 1970 年代。

張昭鼎(左)與李遠哲(右)合影,《科學月刊》創刊 20 周年紀念餐會。圖|張昭鼎紀念基金會

然而,張昭鼎在 1993 年不幸過世。他的離世對好友李遠哲來說是巨大的衝擊。陳貴賢提到,李遠哲曾在懷念故友文章寫道「或許真的是已到了我該回家鄉的時候了」。很多人起初以為他只是暫時回臺灣,沒想到李遠哲真的一直留在臺灣,為原分所、中研院學術界以及臺灣社會持續付出。

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張昭鼎離世之後,次年張昭鼎紀念基金會隨之成立。基金會繼承張昭鼎的精神,積極推廣科學教育,在李遠哲院士倡議之下,2011 年基金會首度舉辦了「居禮夫人高中化學營」(今為瑪麗居禮科學營)。瑪麗居禮科學營的招生對象,主要是對數理化學有興趣的高中學生,在四天的營隊活動,邀請重要學者做專題演講,特別精心設計分組實驗實作,讓學員對科學研究有親身體驗。

陳貴賢分享,原本營隊主要籌備是清華大學,後來張昭鼎基金會董事希望在中研院、臺灣師範大學以及張昭鼎紀念基金會的努力下,將營隊活動轉移到臺北。感念張昭鼎對原分所的貢獻,陳貴賢沒有第二句話,全力幫忙。從 2020 年開始,瑪麗居禮科學營就順利在臺北舉辦至今。

入世的科學家——張昭鼎

在原分所服務多年的陳貴賢,雖然和張昭鼎真正相處時間很短,但對張昭鼎的為人處世印象相當深刻。陳貴賢認為,張昭鼎之所以能體會基層的需求,正是因為吃過苦,他出身於困苦家庭,小時候幾乎都在戰亂中度過;而從小得知母親與「鴨母王」朱一貴的血緣牽連,也時刻提醒張昭鼎保持不隨波逐流的反叛思維。

陳貴賢:「他不是關在象牙塔裡面的科學家,他是一個入世的、對社會關懷很深的一個人。」

不僅在學術界有影響力,張昭鼎也在社會廣泛交友,認識許多執政黨與在野黨的人,並與他們建立友誼。陳貴賢提到,這也是當初李遠哲邀請張昭鼎擔任原分所籌備處主任的原因,看重他的人脈和社會參與能力。

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張昭鼎(右)是李遠哲(左)最敬愛的朋友,人脈相當廣。圖|陳貴賢

除了人脈廣,張昭鼎也力求資源妥善利用。陳貴賢說,之前一位芝加哥大學畢業的同仁曾經回憶,當年張昭鼎到芝加哥去招聘人才的時候,他住的旅館是 YMCA 青年旅館!其實原分所在籌備階段經費是相對充裕的,但是張昭鼎堅持不浪費,將人民的稅金用在最需要的設備添購上。「他的堅持令人敬佩」,陳貴賢說道。

陳貴賢接著回憶,在籌建原分所期間,張昭鼎與行政體系常有意見相左的情況,因為行政人員認為只有法律允許的才可以做。而張昭鼎則試圖在法律找到合情合理的談判空間,所以他在原分所籌建過程也協助突破許多公務採購障礙,提升政府的服務效率。

陳貴賢認為,張昭鼎是一個跨越族群與階級的行動家。跨越族群的意思是,張昭鼎是閩南人、也是臺灣人,但是他不會因為本省/外省、客家/閩南等不同族群,在社會參與上劃地自限。跨越階級的意思是,他的出身困苦,並不是特權或貴族家庭,所以他是入世的、走出來的人,願意服務於基層,也願意為基層服務。

陳貴賢最後感慨地說,張昭鼎是跨越了不同階級與族群的人,只可惜他離開的早。接著,陳貴賢分享自己曾經隨手寫下的一首臺語歌,在訪談中哼了起來,以紀念張昭鼎先生。

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啦啦啦啦 啦啦啦啦
啦啦啦啦 啦啦啦啦
地瓜落土 才會生湠
等待春天的雨水
新希望

陳貴賢解釋,這首歌的意思是說,地瓜要放進泥土裡面,才會長出新的葉子,並等待春天的雨水到來。當春雨來的時候,就是一個新的世代。人生路途中,有些人留得比較久,有些人走得比較快。像張昭鼎先生雖然不幸離開,但後面會再有新的一代,就像代表臺灣人的地瓜一樣,堅持著地瓜精神,一直延續下去。

陳貴賢認為,張昭鼎是一個跨越族群與階級的行動家。圖|研之有物

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面對螞蟻的防疫政策,蟲生真菌該如何生存下來?
one minute biology
・2023/07/03 ・2366字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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社交梳理以及令螞蟻聞風喪膽的黑殭菌

這三年來人類對抗新冠肺炎的防疫戰絕對是科學史上的重大突破,防疫的科學知識和技術出現突破性的成長。然而,不只人類通過合作對抗病原體,許多社會性的生物也會合作對抗病原。

以最著名的社會性昆蟲——螞蟻為例,牠們會幫助同伴清除身上的病原體真菌孢子,這種互相幫忙清理身體的行為在許多社會性的生物上都可以發現(例如獼猴、蜜蜂等),稱為社交梳理(Allogrooming)社交梳理是這些社會性動物對抗病原體的重要防線,可說是群居動物的獨特「防疫政策」。

正所謂道高一尺魔高一丈,致病病原體也不是吃素的,就像新冠肺炎病毒不斷有新的病毒株出現,感染螞蟻的蟲生真菌同樣也有一套對付螞蟻社交梳理的招數。今年發表在《Nature ecology and evolution》的論文就做實驗以了解:螞蟻的社交梳理行為是否會對黑殭菌(Metarhizium sp.)造成生存壓力,以及黑殭菌的應變策略進行探討。

黑殭菌屬的真菌屬於蟲生真菌的一類,如著名補品冬蟲夏草,具有感染寄生昆蟲並使其死亡的能力;因此,對於螞蟻來說,黑殭菌絕對是致命的敵人,若看到同伴身上有黑殭菌孢子一定要幫忙清除。

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螞蟻的「防疫政策」對黑殭菌造成生存壓力

首先,科學家想要透過研究「社交梳理行為是否會改變真菌群集組成」,來確認「社交梳理是否會對黑殭菌造成生存壓力」,因此使用六種不同菌株感染螞蟻,並將實驗分成「獨自面對真菌」以及「有兩名同伴照護」的組別,前者的螞蟻個體只能透過自身免疫力來抵抗真菌感染,後者則是有同伴幫忙清除有害真菌孢子。在感染真菌後的八天內,如果有螞蟻死亡,就會將這些孢子拿去感染新的螞蟻個體,並同樣分成兩組進行上述實驗,如此重複十個循環(圖一)。

圖一。實驗方法示意圖。圖/Stock et al., 2023

實驗結果顯示,社交梳理行為確實對真菌群集造成天擇壓力。獨自面對真菌的組別,在經過十個循環後出現較低的真菌多樣性(只剩兩株菌株),然而同伴照護組卻出現較高的真菌多樣性(還剩四株菌株),說明社交梳理行為足以影響菌株間的競爭。(圖二)。

既然螞蟻的「防疫政策」會對真菌造成影響,那麼真菌在螞蟻「防疫政策」的洗禮下,是否也會產生改變呢?答案是:會!

圖二、實驗結果顯示經社交梳理篩選出來的群集多樣性較高,代表社交梳理是足以改變真菌間競爭情形的天擇壓力。圖/Stock et al., 2023

黑殭菌利用「隱身術」騙過螞蟻的防疫政策

科學家首先針對真菌的兩項特徵進行研究:毒性(致死率)子代數量(產孢數)。研究結果顯示,經過社交免疫的篩選後,真菌的毒性有顯著的下降(圖三 a),然而產生子代的數量卻有所提升(圖三b)。

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圖三、經過社交免疫的選擇(同伴組)後真菌的毒性有顯著的下降,然而產生子代的數量卻有所提升。此外,相較於獨自組,同伴組的真菌孢子對社交免疫產生抵抗力,圖 a 中的兩條粉紅色長條說明經社交免疫篩選出來的孢子感染有無同伴的螞蟻致死率是一樣的。圖/Stock et al., 2023

更有趣的是,這些經過社交免疫篩選的真菌孢子竟提升對社交免疫的抵抗力!相較於獨自對抗真菌篩選出來的菌株,社交免疫篩選出的菌株再次感染單獨的螞蟻和有同伴照顧的螞蟻時,致死率竟沒有差異(圖三 a),這代表社交免疫已經失效了!

科學家猜想,這種現象源於螞蟻們不再好好清除同伴身上的致命孢子,實驗結果也確實顯示同伴螞蟻們似乎對於經社交免疫篩選出來的真菌孢子沒有敵意,因此大大降低清除這些孢子的意願(圖四 a)。與此同時,科學家還發現,經社交免疫篩選出的真菌孢子中「麥角固醇(Ergosterol)」的含量大幅減少,麥角固醇是真菌孢子中的重要組成成分,科學家懷疑螞蟻可能就是因為麥角固醇的幾少而無法辨識孢子。

最終的行為實驗結果支持了這個論點,若把麥角固醇塗在螞蟻身上可以吸引同伴前來清潔,構造相似的膽固醇則沒有類似效果(圖四c、d),因此,麥角固醇很可能就是吸引螞蟻進行社交梳理的標的!

圖四、圖 a 說明經社交免疫(同伴組)「訓練」出來的孢子能夠減少螞蟻幫忙同伴清除孢子的頻率;圖 c、d 則說明在螞蟻身上塗上麥角固醇會讓吸引同伴來社交梳理,構造與麥角固醇相似的膽固醇則無此效果。圖/Stock et al., 2023

不僅是本實驗的阿根廷蟻(Linepithema humile)被麥角固醇吸引並進行社交梳理,前人的研究發現另外一種社會性昆蟲——白蟻也具備類似的行為,科學家推測麥角固醇可能就是真菌避免被同伴螞蟻清除的關鍵。值得留意的是,麥角固醇的實驗結果可能也解釋了毒性下降以及後代數量提升,由於麥角固醇是真菌孢子重要的組成成分,因此若麥角固醇的含量改變將會導致資源的分配有所調整,毒性下降和後代數量提昇可能就是資源調整分配的結果。

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昆蟲的行為背後往往牽涉複雜的因素,麥角固醇是否真為引起螞蟻社交梳理行為的因素或是唯一因素仍需更進一步的證據支持才能夠確認。可以肯定的是,在螞蟻「防疫政策」的伺候下,黑殭菌正透過某種「隱身術」來躲避螞蟻的清除,這不由得令人想起 Jurassic Park (侏儸紀公園)中那句經典的台詞:

Life will find its way out.

參考文獻

  • Stock, M., Milutinović, B., Hoenigsberger, M., Grasse, A. V., Wiesenhofer, F., Kampleitner, N., Narasimhan, M., Schmitt, T. & Cremer, S. (2023). Pathogen evasion of social immunity. Nature Ecology & Evolution7(3), 450-460. https://doi.org/10.1038/s41559-023-01981-6
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