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吃米不知米「家」?基因「稻」出臺灣蓬萊米的身世

研之有物│中央研究院_96
・2019/12/18 ・4002字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

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|張容瑱、美術編輯|林洵安

山地陸稻訴說的臺灣米傳奇

稻米是人類重點糧食作物。數千年來,人類不斷汰選稻米,挑選顆粒大的、不容易落粒的、稻榖上沒有芒的……一代又一代馴化的故事,深藏在稻米的基因裡。中研院植微所邢禹依特聘研究員,帶領團隊研究山地陸稻的基因,破解了臺灣蓬萊米身世之謎,也找到南島語族遷徙的線索。跟著研之有物一起來了解!

中研院植微所邢禹依特聘研究員專精水稻基因體研究,曾和周德源博士一起領導臺灣的團隊參與「國際水稻基因體定序計畫」,與世界各國合作,定出了水稻 12 條染色體的基因序列。近年來,她的實驗室研究山地陸稻,透過基因定序技術、親緣分析,解讀臺灣稻米與人的故事。
攝影│林洵安

臺灣人是吃米飯長大的,不過,我們不光是「吃米不知米價」,往往連吃的是什麼米都搞不太清楚。我們現在吃的米飯大多是「蓬萊米」,而常吃的米食,像米粉、粄條、碗粿等等,則是用「在來米」加工製成。

但我們偏好吃蓬萊米,其實是日治時期才開始的。之前,臺灣人吃的米主要是在來米,意思即「在地既有的米」。日治時期,為了迎合日本人的口味,才引進日本的「稉稻」,經過育種改良後在臺灣大量種植,就是蓬萊米,意思是「來自蓬萊仙島的米」。

蓬萊米育種最有名的品種,當推 1929 年問世的「臺中 65 號」。「這個品種非常重要,學農的都會注意它,」邢禹依解釋:「它不但品質好、能抗稻熱病,更重要的是,一年可栽種兩次。很多雜交育種都用它為親本,臺灣 85 % 以上的蓬萊米品種都是它的後代!」

不過,臺中 65 號為什麼一年可以栽種兩次,卻是農藝上存在已久的大謎團!

臺中 65 號的超能力:對日照長短無感

原來稻子為短日照植物,當它感受到日長時間短於某個臨界日長 (critical day length),就會開花結果,臨界日長則取決於稻子的品種。

臨界日長是決定植物是否開花的最短或最長光照時間。短日照植物的光照時間必須短於臨界日長,植物才會開花,長日照植物則反之。
圖說設計│黃曉君、林洵安

臺中 65 號由日本稉稻「龜治」和「神力」雜交而來,這兩種來自溫帶的稉稻就對日照長短非常敏感,在緯度較低的臺灣種植,春夏日照時間比日本短,稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬日照時間比日本長,又會延遲抽穗。所以它們一年只有一穫,品質也不夠好。

日本來的水稻在緯度較低的臺灣種植,春、夏稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬又會延遲抽穗,一年只有一穫,品質也不好。
圖說設計│黃曉君、林洵安

可是兩種日本稻的後代──臺中 65 號,卻對日照長短鈍感,無論日照長或日照短都能正常抽穗結實,以至於一年能種植兩次。邢禹依的研究團隊成員吳正杰博士候選人說:「子代和親代完全不同,這件事實在很弔詭。我們很想知道究竟發生了什麼事?」

過去已有學者發現:臺中 65 號之所以對日照長短鈍感,是因為它的第六條染色體上面,有個感應日照長短變化、調控抽穗開花的基因 Hd1 ,多出一段長達 1901 個鹼基對的序列,導致 Hd1 失去作用。可是它的親本龜治和神力都沒有這段序列。這一大段多出來的序列究竟是從哪裡冒出來的?這個謎團困擾了農藝學家數十年。

直到邢禹依的團隊研究發現:這一切起於一個美麗的意外!

山地陸稻亂入,造就傳奇品種

邢禹依從臺中 65 號的葉片萃取 DNA 做基因定序,並把它的基因組和龜治、神力以及幾個可能的「嫌疑犯」詳加比對,赫然發現臺中 65 號除了帶有龜治和神力的基因之外,還含有兩種山地陸稻 Muteka 和 Nakabo 的基因序列,其中就包括那段多出的序列。而且這段特殊的序列,在臺中 65 號、 Muteka 和 Nakabo 三者染色體上,無論長度還是坐落的位置完全一模一樣!

謎底揭曉!邢禹依還原歷史現場:將近一百年前,臺中州農事試驗場的試驗田裡進行著龜治和神力的雜交育種,附近的田剛好種植山地陸稻。因為當時育種家規定稻種每十年要種植一次以更新、保持種子的活性。就是這麼湊巧!山地陸稻的花粉飛到育種中的新品種上,發生了雜交,把 1901 個鹽基對的序列帶到臺中 65 號的基因裡,使它的 Hd1 產生變異,新品種不再受日照長短擺布,可以一年兩穫。

透過基因定序分析發現,臺中 65 號其實帶有四種品種的基因:龜治、神力、山地陸稻 Muteka 和 Nakabo。
資料來源│邢禹依

等等,什麼是陸稻? 跟水稻不一樣嗎?

從生物分類學來說,陸稻和水稻其實是同一種 (species) ,都是亞洲栽培稻 (Oryza sativa) 。稻子既能生長在水田也能適應旱地,栽種在水田的叫水稻,種植在旱地的就是陸稻了。邢禹依研究的陸稻都是來自於山地原住民部落,所以稱為「山地陸稻」。

圖為山地陸稻。陸稻和水稻都是亞洲栽培稻 (Oryza sativa) ,只是種在水田的叫水稻,種植在旱地的就是陸稻了。
圖片來源│邢禹依

臺灣最早種植的稻米就是陸稻!根據南科文化遺址挖掘到的稻米化石,大約五千年前,臺灣史前的原住民即以旱作的方式種稻,作為糧食。直到明末清初時,福建沿海一帶的漢人移民來臺,才引進「秈稻」和水田的耕種技術。

至今,少數原住民部落仍在耕種祖先流傳下來的陸稻,再加上日治時期及近代育種學家到各個部落蒐集,目前已保留上百種的山地陸稻品種。現在,透過基因定序技術、親緣分析,從陸稻身上解讀出許多臺灣稻米和人類的故事,比方說:破解臺中 65 號的身世之謎 ,甚至研究臺灣最早的陸稻是從哪裡來的?後面這個問題可比臺中 65 號的謎團更錯綜複雜,也更令邢禹依好奇,因為它可能藏有南島語族遷徙的線索。

追追追!陸稻基因暗藏南島語族遷徙路線?

首先要確認,山地陸稻真的是外來的嗎?會不會是在臺灣獨立演變出來的?

邢禹依的團隊先用分子標記技術檢測山地陸稻的品種,發現大部分都是經過「馴化」的稉稻。再進一步分析幾個與馴化相關的基因,比對控制這類性狀的基因序列,結果發現,臺灣陸稻的序列都跟亞洲地區的稉稻、秈稻一致,說明這些陸稻不是在臺灣獨立馴化、發展出來,而是從亞洲其他地區來的。吳正杰解釋,如果是臺灣野生稻獨立發展出來,即使馴化出相同的性狀,變異的基因序列不可能跟其它地區的稻米一樣。

有芒的陸稻 (左圖) 與無芒的水稻 (右圖)。什麼是馴化?人類以稻米為糧食,會選擇顆粒大的、產量多的、方便採收的稻子,久而久之,稻子的性狀就會被馴化–趨向於人類所喜好的特性,像是米粒變得大而飽滿、穀粒不具有芒、不容易落粒、植株直立而不倒伏等等。野生陸稻多有稻芒,主要的功用是防止鳥兒啄食稻穀,還可幫助穀粒落地或附著在動物身上,以便傳播。不過,有芒的稻子收割和儲藏就不方便了。我們現在栽種的水稻,經過長期的馴化,穀粒上都沒有「芒」了。
攝影│林洵安 (左圖)
圖片來源│iStock (右圖)

那麼,陸稻是從哪裡遷徙到臺灣的呢?再假設,陸稻是由史前原住民帶進臺灣,這些人又打哪裡來呢?

邢禹依的團隊鑑定了南科文化遺址的碳化種子,發現除了稻米之外,還有兩種小米,稷和黍 ,臺灣原住民傳統上也有耕種這三種作物。再從原住民對於稻米和小米的稱呼用語以及祭典儀式等方面來探討,可以知道小米占有神聖的地位,表示原住民祖先可能來自於小米和稻米都有種植的地區。另外,考量原住民「拔牙」的習俗,也就是拔掉上顎兩顆側門牙作為成年的儀式,南科文化遺址出土的頭骨也有拔牙的現象,顯示史前原住民也有類似的習俗,應該是承襲自原住民祖先的故鄉。

於是從陸稻基因研究、化石調查,加上語言學和拔牙習俗等等研究,邢禹依推測,稻起源自長江流域,後來與山東起源的黍、稷一起往南方傳播,進入臺灣,這個路線也許透漏南島語族遷徙的線索。

稻起源自長江流域,後來與山東起源的黍、稷一起往南方傳播,進入臺灣。黃色路徑顯示了從山東到臺灣的傳播路線,這個路線也許透漏南島語族遷徙的線索。
圖片來源│邢禹依

用陸稻解決糧食危機

追溯了臺灣稻米的前世今生,邢禹依更放眼全球稻米的未來!尤其在現今全球暖化、農業用水有限、人口暴增的情況下,山地陸稻擁有耐旱、耐鹽、抗病害、抗蟲害等特性,可成為改良稻作的基因寶庫,孕育出灌溉需求較低的水稻,在當前水資源短缺的情況下,獲得最大的稻作生產效益。

因為農藝學家的使命就是餵飽全世界,邢禹依說:「我們沒辦法改變世界人口的成長,但我們可以為這個使命做好準備!」

邢禹依特聘研究員 (右一)與吳正杰 (右二)。「我們學農的是看天吃飯,也比較認命。」邢禹依笑著說:「因為研究的材料都是種出來的,但水稻生長期長,又容易受氣候影響,再加上臺灣會有颱風侵襲,被風吹倒、被水淹……幾個月的心血一下子就泡湯了,哭也沒有用,只能等到下一季,重新再來。」
圖片來源│邢禹依

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為山地陸稻很有事!破解臺灣蓬萊米身世,發現南島語族遷徙線索,泛科學為宣傳推廣執行單位

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研之有物│中央研究院_96
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粒粒皆辛苦,那些促成蓬萊米上餐桌的田間推手——磯永吉和末永仁
PanSci_96
・2023/03/17 ・3665字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 撰文/邱睦容

1918 年,日本富山縣。

「請不要把米運往別處!」、「留下一升米!」在富山灣魚量枯竭、鍋子因無米可炊而被稱為「鍋割月」的八月,米商家的門口,一群漁村婦女們正在苦苦陳情。她們的求助並不完全出於貧窮之故,而是來自於,就算辛苦在碼頭工作一整天,隻身拖負著六、七俵(約 400 公斤)的米,她們勞動的工資仍不足以支付全家人一天所需的米錢。

這場陳情最終在日本遍地開花,成為引發百萬人上街頭的「米騷動」。

富山主婦的陳情,是一個引線,引爆了日本後續的社會變動,也連動了臺灣人碗中米食變革。

1918 年米騷動的一景。1918 年 8 月 11 日,神戶的鈴木商店在暴亂中被燒毀。圖/wiki

這場因米糧不足而引發的社會運動,不僅讓內閣總辭,也讓日本政府確立了帝國內糧食自給自足的目標,促進殖民地的稻米增產政策並加速稻種改良。

然而這樣的目標,並非一場社會運動就能一蹴可幾,它需要時間的積累、需要研究人員的投入,以及需要一些機運和巧合,的穿針引線,才能造就豐碩的成果。

系統性分類臺灣稻種,磯永吉解答米種改良的路線之爭

讓我們把時間倒退幾年,來到 1912 年。

那是日本統治臺灣的第十七個年頭,截至那一年,總督府遴聘來臺的農業專家,已經引進了 145 個「內地種」稻米品種試種,卻屢試屢敗。

為什麼要這麼大費周章?

因為過往臺灣人吃的都是「(音ㄒㄧㄢ)」——細長、鬆散且甜度低,這種筷子一挾起就掉落好幾粒的米種,讓吃習慣了「(音ㄍㄥ)」——圓粒、具黏性與甜度品種的日本人難以適應。為了讓在臺日人也能吃到家鄉口味的白飯,也讓臺灣出產的米能夠成為日本內地糧食的來源,在臺進行米種改良一直是農業試驗場的重要工作。

秈米,是由秈稻(一種水稻的亞種)碾出的米,特色是細長、鬆散、缺乏黏度且甜度低,是台灣自明鄭時期以來廣泛栽種且食用的米種。圖/wiki
粳米,是由粳稻(另一種水稻的亞種)碾出的米。相較於秈米,粳米較為圓潤、黏度高且較甜。圖/wiki

而也在那一年,一位甫自東北帝國大學農科大學註 1畢業、有著一對濃眉的年輕人來到了臺灣。這位年輕人磯永吉(1886-1972),即將投入米種改良的工作。

磯永吉抵臺之時,稻種的改良在「在來種改良註 2 」與「內地種導入」兩派方法間徘徊多年。前者致力於將臺灣原有的「秈米」改良成類似日本種的「圓粒米」,即便在口感上難以複製黏性,但至少圓粒的米型方便被混入日本米,也因此能售出較高價;而後者則試圖將日本種引入臺灣種植,卻因為對臺灣的日照敏感和稻熱病之故,十多年來始終難以在臺落地生根。

一邊是面對帝國糧食增產目標的經濟做法,一邊是試圖種出日本人真正吃的米,難以論斷兩派到底孰者較為「實際」,因此,磯永吉選擇回到學理的研究來釐清。他運用大學時所學到的傑卡德係數(Jaccard coefficient),將歷來臺灣繁多的稻種,依照其不同特性,包括日照、早晚熟、期作別⋯⋯等特徵一一整理和分類

透過此方法,磯永吉建構出一套系統,並藉此判斷到底是「在來種改良」還是「內地種導入」在未來還有發展空間。

經過七年的投入,1919 年磯永吉與研究團隊將成果出版為《臺灣稻的分類》,這是臺灣種植的五百多個米品種,首次進行系統性的分類。而研究結果也宣告了在來種的改良空間不多,投入內地種的導入才是發展之道。

磯永吉。圖/wiki

磯永吉的心血,或許也鼓舞了研究團隊之一、已在實驗田裡踽踽獨行五年的夥伴末永仁(1886-1939)

田間鍥而不捨試驗改良,末永仁提出「幼苗插植法」

末永仁比磯永吉來臺的時間更早,原本是基層技術人員的他,因為能力而受到磯永吉的肯定,在 1914 年轉進到臺中州試驗農場工作,負責改良事業在田間的實務,進行稻種的雜交育種與日本稻的栽培。

末永仁在 1.5 公里長的實驗田步道辛勤工作,只為了讓秧苗能順利生育、每穗稻穀粒能收穫更多。當改良工作遇到瓶頸時,他就會和磯永吉商討對策,兩人互為頭手地協作。終於,在研究發表後兩年,轉機出現。

在一次總督府官員的登山活動中,大屯山一帶的火山堰塞湖盆地「竹子湖」被磯永吉、臺北廳農務主任平澤龜一郎等人發現。竹子湖的涼爽潮濕、土壤肥沃的特性,類似日本九州,有著讓稻米生育的好條件。

不出所料地,在此播種的日本稻「中村種」生長良好。

然而僅能在特定地區生長的原種田,還需要研發出適當的種植方法,才能夠將稻種推廣到全臺、滿足糧食增產的目標的。於是,末永仁在一次次鍥而不捨的試驗中,根據秧苗對於日照的反應,又提出了「幼苗揷植法」,藉由縮短秧期,改變植株的生長週期,解決了因氣候提早抽穗的問題。

自此,「中村種」水稻終於走出山中臺地,駐足平原。

「蓬萊米」誕生!推廣種植的推手李鵬儀

1926 年,對磯永吉和末永仁都是關鍵的一年,也是兩人分別投入臺灣稻作改良的第十二與十四年。為了讓更多人認識這個在臺灣所生產的米種,當時的總督伊澤多喜男,在臺北鐵道飯店召開的第十九屆「大日本米穀會」中,正式為「中村種」——這個過往被概稱為「內地種」的米,命名為「蓬萊米」。

為「蓬萊米」命名的第十任台灣總督伊澤多喜男。圖/wiki

然而,蓬萊米育種成功後,還有一段漫長的挑戰等著兩人。除了找到合適的種植方法、品種之外,還得有種植的人才行。

四月,蓬萊米才風風光光地在米穀大會中亮相,同年七月就遭逢稻熱病,使得收成慘淡。為此,磯永吉和末永仁一邊推廣各地農民試種蓬萊米,一邊朝向「廣域」、「豐產」、「抗鹽」、「抗蟲」、「抗病」等方向進行改良,要讓農民對於蓬萊米的種植有信心。

然而 1927 年,「昭和恐慌」報到。那一年國際市場蕭條,米價大跌,農民種植蓬萊米的誘因減少。看到如此情況,一位臺灣米商伸出了援手,他是出生於彰化花壇的米商,李鵬儀

執彰化市米市之牛耳的李鵬儀,跳出來鼓勵農民種植蓬萊米。他願意依照種植面積全面收購,無論收穫成果如何。第一年受到稻熱病的影響、第二年又陸續碰到大旱和颱風,碾米廠空了近三年,直到 1929 年,他的相挺終於迎來了風調雨順,使得當年度新種植的「臺中 65 號註 3」大豐收。

這一年的豐收,使得價錢本來就高於「在來種」的蓬萊米,又收穫了超過「在來種」的三倍數量,一舉讓李鵬儀回收過去所賠外還有盈餘,更重要的是,這次的成功給了農民信心。隔年,臺灣有 75% 的水稻田都改種蓬萊米。

這就是關於今日餐桌上,那碗帶有黏性、咬起來香甜的白米飯由來。關於蓬萊米的故事,還有很多不及說完的,像是末永仁最後是倒在臺中的實驗田間去世,而磯永吉在戰後又留臺任教多年,從培植米到教育人,將大半的人生都奉獻在臺灣。

是主婦釀成的社會運動、努力不懈的育種家、一場的登山所見、還有近百年後才發現的陸稻基因混入稻種改良⋯⋯種種的巧合、機緣相遇,才成就了你我餐桌上那碗飯的誕生。

註解

  1. 東北帝國大學農科大學:前身為「札幌農學校」,現今為北海道大學
  2. 「在來」一詞為日語,有著「向來、一直以來、既有」之意,指的是過往臺灣人慣吃的秈米。
  3. 臺中 65 號:以抗蟲品種「龜治」與生產佳的品種「神力」交配而成的新品種

參考文獻

  1. Chu, H. (2020). Tropicalizing Taiwan: the Environment, Crops, and Institutions of the Japanese Colonial Food Regime, 1895-1945 (Doctoral dissertation, State University of New York at Binghamton).
  2. 謝兆樞、劉建甫,《蓬萊米的故事》,國立臺灣大學磯永吉學會出版,2020。
  3. 李鵬儀傳,臺灣歷史人物傳記資料庫。
  4. 鄧慧純,〈尋米稻足跡 溯蓬萊物語〉,臺灣光華雜誌。

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大黃魚和海鯰,古代台南人愛吃什麼魚?
寒波_96
・2022/04/01 ・4023字 ・閱讀時間約 8 分鐘

魚類是人類重要的資源,許多古代文化裡魚是日常飲食的一部分,台灣古時候也是如此。一項新發表的研究,調查台南 5000 年來的遺址中有哪些魚,得知古早台南人食用的魚類,受到環境變化的影響。

大黃魚。圖/〈野生大黃魚的滅絕危機

用耳朵裡的石頭,判斷古代人吃哪些魚

如何得知古代人吃哪些魚呢?魚有骨頭,有機會在遺址中留下遺骸,但是相對其他動物來說,魚類的骨頭沒那麼容易留下。所幸硬骨魚的頭部內,有種負責聽覺的構造「耳石(otolith)」。

耳石成分為碳酸鈣,魚去世後是相對容易留存的部位。不同魚類的耳石型態有別,所以見到遺址中的耳石,可以得知古時候有哪些物種。比較不同年代遺址間,耳石組成的變化,便能推論不同時代吃魚的改變。

由中研院的生物多樣性研究中心,林千翔主導的研究,算是用魚類耳石回答考古學的問題。自然死亡的魚也會留下耳石,不過這項研究分析的耳石大部分來自貝塚,也就是人類活動造成的垃圾堆遺址,當年應該曾經是人類的食物。

南科遺址群的地理位置。圖/參考資料

樣本皆來自南科遺址群,也就是南部科學園區的臺南園區的一系列遺址。中研院的歷史語言研究所於公元 1993 到 2010 年,在李匡悌等人率領的挖掘下有許多收穫,魚耳石只是其中一小部分。

從距今 5000 年的新石器時代早期開始,現在是南科的這塊地方便有許多人類活動。南科遺址群的 82 處遺址中,有 17 處出土過魚類耳石,被納入本次研究。考古學上可分為 5 個時期:新石器時代的早期、中期、晚期,鐵器時代,以及歷史時期。

5 個時期中,新石器時代中期只有 1 處遺址 1 件樣本;距今 300 年到現在的歷史時期,也只有 3 處遺址 8 件樣本。用於分析的 1254 件樣本,大部分屬於新石器時代早期、新石器時代晚期、鐵器時代。

遺址們的資訊。圖/參考資料

新石器時代早期,距今 4200 到 5000 年前的 2 個遺址,總共出土 789 件魚類耳石,分別屬於 24 個分類群(taxa),不論數量或多樣性都最高。

新石器時代晚期,距今 2000 到 3300 年前的 7 處遺址,共出土 112 件樣本,分屬 16 個分類群。而鐵器時代,距今 300 到 1400 年前的 4 處遺址,出土 344 件樣本,分屬 13 個分類群。

新石器時代最有存在感的是大黃魚(Larimichthys crocea),早期占 57.29%,晚期占 41.96%,皆為當期最高比例的魚類。鐵器時代變成海鯰(sea catfish)最多,占 61.24%。

遺址中魚耳石的種類。圖/參考資料

台南環境變化,影響食用魚種

地處台南同一個地區的遺址,魚類的數量和多樣性都漸漸減少。之前有個論點主張,這是由於過度捕魚所致。但是這項研究充分利用耳石分析的優點,判斷出土魚耳石組成的變化,並非人為捕撈,主要是自然環境變化的影響。

同一種魚,耳石的型態不會改變,但是大小會變,耳石大小又正比於魚體的尺寸,耳石愈大,魚體也愈大,反之亦然。

遺址中大黃魚的耳石。圖/參考資料

大黃魚在現代也是常見的食用魚類,最近卻由於過度捕撈(過漁),使得野生族群大福縮水;在此之下觀察到,多數個體的身體及耳石也明顯變小。由此推測,倘若古時候發生過漁,遺址中大黃魚的耳石應該會縮小。

新石器時代早期、新石器時代晚期,鐵器時代,三個時期都有大黃魚。比較發現大黃魚的耳石並沒有變小,鐵器時代的耳石雖然數量大幅減少,尺寸還變大一點。表示至少從新石器時代早期到鐵器時代,也就是從 4000 多年到幾百年前,大黃魚並沒有面臨生存危機。

3 個時期大黃魚的耳石尺寸。圖/參考資料

大黃魚在台南遺址的存在感之所以下降,更合理的論點是:海岸線和沿岸環境的改變。

台南的地貌不斷變化,陸地向海延伸。如今南科遺址群位於內陸,離海岸有相當距離;但是在新石器時代早期,南關里、南關里東遺址的年代(屬於小有知名度的大坌坑文化),這塊地方位在海邊;新石器時代晚期陸地範圍前進,不過依然位於海邊。

大黃魚住在岸邊海域,而新石器時代的台南人住在海邊,使他們不難獲得大黃魚之類的海產。魚類以外,這些遺址也出土不少貝類,表示當時的居民,善於利用沿海的水產資源。

隨著泥沙持續淤積,原本位於海邊的南科地區,鐵器時代成為內陸,淤積和河道後來形成台江內海。南科到台灣海峽之間有潟湖存在,鐵器時代的台南人,不用太靠近海邊便能取得水產資源。也許就是如此,大黃魚不再那麼流行,住在河口、潟湖環境的海鯰,變成這個時期遺址中最常見的魚類。

台南自然環境的變化。南科地區在新石器時代就在海邊,鐵器時代變成內陸,和台灣海峽之間有著台江內海。圖/參考資料

耳石只代表一部分古代魚類

不論古今,耳石都是識別魚類的好材料。比較不同年代魚類耳石的改變,可以判斷自然環境與人類文化的變化,但是也要注意,考古遺址中的耳石,無法代表古代食用魚的全貌。

見到某種魚的耳石,那種魚一定存在過,可是曾經存在過的魚,不一定會留下紀錄,耳石組成也不完全等於實際比例。這兒最明顯的例子是,不同年代的多個遺址有出土鯛科魚類(Sparidae)的骨頭,然而其耳石只有 1 件。或許還有些魚類,不論魚骨或耳石都沒有留下,我們根本不知道它們存在過。

我們見到大黃魚在新石器時代早期占 57.29%,晚期占 41.96% 這項數據,並非意謂當時真的有 57%、42% 食用魚為大黃魚;合適的解讀大概是,大黃魚是新石器時代主要的食用魚種,晚期的比例有所降低。

遺址中海鯰科魚類(Ariidae)的耳石。圖/參考資料

大黃魚的古老傳承與當代危機

有趣的是,一直到中國漁民近期過度捕撈以前,野生大黃魚在東亞的東部沿海都很常見。古代台南人捕食不少大黃魚,可謂有偏好也具備技術,他們對大黃魚的偏愛和捕捉技術,或許能追溯到還在對岸海邊的日子。

綜合考古、語言學等方面的資訊推敲,台南在新石器時代的大坌坑文化,應該是台灣初期的南島族群,他們很可能是更早以前來自東亞沿岸移民的後裔。這群人的生產方式包含農業,會種植稻、小米等馴化植物,不過仍然有不少採集和狩獵,以及利用水產資源。他們捕食大黃魚的文化,也許在祖先尚未渡海移民前已經養成。

古代人吃進不少大黃魚,現在大黃魚也是受到歡迎的食用魚,一度族群龐大的魚群還因為濫捕面臨滅團危機,至今沒有從過度捕撈的打擊中走出去。無疑,人類如今也成為影響魚類生態的要角。

延伸閱讀

參考資料

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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餵飽全人類,需要她與她的科學——余淑美專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/03/29 ・5129字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

  • 2014 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第七屆傑出獎得主

余淑美帶我們走進她在中研院分子生物研究所的辦公室,小的讓我意外。一台小型的葉片式電暖器放在門邊,就佔掉了一大塊空間。「這是給植物保暖用的,因為最近比較冷。」我們這群採訪者擋在門口還來不及動作,貴為院士的她就俐落地收起電暖器的插頭,將其移到另一側。「這舊電暖器要移動有個角度,我比較知道怎麼推。」她隨即拉來兩張椅子招呼我們坐下,採訪這天下午一連多日的寒流稍退,冬陽在此時斜斜曬入,點綴著大小綠色植栽的辦公室,在我眼中突然像是森林一隅,變得好大。

氣候條件跟植物生長狀況息息相關,這點你知、我知,我們老祖宗也知,因此才有了一萬多年前,被某些學者指稱為「農業革命」的時代,越來越多人類族群放棄狩獵採集,發展農牧生活型態。只不過這革命因為各種因素,過程極為緩慢、停停走走有時甚至還逆轉,而且並不是只帶來益處……。一萬多年後的此刻,科學家對農業與農作物的理解比老祖宗高出何止百萬倍,但人口暴增、耕地破碎、過度施用肥料與農藥、土壤與水源污染、加上氣候變遷造成的高溫、乾旱、洪患、海平面上升等,就連像余淑美這樣最頂尖的科學家也擔憂。

但比起現在才在煩惱氣候變遷的你或我,她早就採取了行動。

圖/余淑美提供

農業要發展,育種很重要

「農業其實跟我們生活息息相關,可是太廉價容易獲得,所以大家都不珍惜,辜負了辛苦的農夫。」余淑美院士小時候就跟許多同年代的孩子一樣,在農村成長,在水稻田邊玩邊學。雖然家庭經濟狀況不佳,但父親一直鼓勵她讀自己真正有興趣的,不要為了家境委屈求全,因此她從北一女畢業後,雖然同時考上國防醫學院護理系,可以畢業即就業,但從小就喜歡植物的她,最後選擇就讀中興大學植物病理學系,就此一直鑽研水稻,勤奮不懈,成為國際上舉足輕重的「水稻教母」。

就像 SARS-CoV-2 這新冠病毒不斷變異,余淑美說所有的生物基因都在不斷變化,就像人類的癌症來自基因突變,而現代社會能豐衣足食,也要感謝育種學家跟農夫持續透過作物雜交來改造基因。她說最早的玉米跟現在長得一點都不一樣,只有幾顆種子,而且又硬又難吃。不過透過化石證據,發現 7,000 年前到 500 年前這段時間的玉米不斷經過育種,外表已跟目前非常接近。另外,如今我們常吃的蔬菜,像是高麗菜、白菜、花椰菜、青花菜、羽衣甘藍……等,雖然名字跟外型差很多,但祖先其實都是十字花科的油菜,基因定序後會發現只有非常小部分不同,這都是育種多年的成果。

然而「育種多年」,也就等同速度太慢,而且也不一定想育什麼種,就出什麼種。過程艱辛也使得田間育種的人才越來越少。因此,新的生物技術接連誕生,有的使用化學藥劑,有的則透過放射線來誘發基因突變,速度雖然快了一些,但依舊是隨機突變,會出現難以預料的性狀,而且通常是我們不想要的。

基因轉殖,或你可能更常聽見的「基改」,則是速度更快更精準的育種方式,也是余淑美實驗室的專業。「我們知道很多水稻基因的功能,非常容易複製及插進好的作物品種基因體裡面。目前有技術可以精確地控制要插在哪裡,不會影響基因體其他基因的功能。」相較於其他育種方式起碼要六年到八年,余淑美表示基因轉殖兩到三年就可以完成,創造了已廣泛種植的基改玉米跟黃豆。因此,現代育種需要結合分子生物學、生物化學、物理化學、生物資訊學、組織培養技術、農園藝、病蟲害防治等技術,才能在短時間培育出好品種。余淑美說目前更已進入電腦育種時代,透過運算讓已經縮短的育種時間更短、產出更佳。

30 年來投入水稻研究,從 1993 年完成全世界第一個利用農桿菌轉殖水稻基因,到建立臺灣水稻突變種原庫、參與國際 C4 水稻計畫,余淑美持續突破,於前年(2019)10 月發表在《美國國家科學院期刊》加長版(PNAS, Plus)的研究,更發現了水稻抵抗逆境的關鍵機制。雖然這份研究在實驗時還是用基因轉殖技術,但隨著基因編輯技術發展盛行,她也向我們透露實驗室已經用基因編輯成功實現。

「我們平常追求 100 分的產量,可是如果雖只有 90 分的產量,水卻只用三分之一,經濟成本是很划算的,我們希望將來可以推這些技術。」對基因編輯稻米新品種,她樂觀期待。

基改的難題:要克服的不只有技術,還有人心

余淑美相信基因轉殖改良的作物能夠為世界創造更高的價值。以玉米這種易受玉米螟、玉米穗蟲加害的主要作物為例,農民可以噴灑蘇力菌(Bacillus thuringiensis Berliner, Bt)來防治。這種細菌的孢子會產生結晶蛋白,當幼蟲吃進腸道裡,會導致腸道穿孔,而且不同菌種有特定的殺蟲對象,能避免誤殺益蟲,也是對人類很安全的一種農藥。孟山都公司以此原理,透過基因轉殖技術,讓植物自行產生這種抗蟲蛋白,就可以連蘇力菌都不用噴了,而且一樣安全。
除了玉米之外,大豆、棉花、油菜、馬鈴薯也都陸續由生物科技公司開發出基改抗蟲品種,因此大幅降低了農藥的噴灑量達 3/4,間接保護了農人與消費者的安全,降低了環境保護跟生產的成本。另外像是香蕉萎縮病、木瓜輪點病等極難防治的疾病,影響貧窮地區的人民甚鉅,透過基因轉殖創造新品種也是最有效的作法。余淑美認為有些生技公司儘管名聲不好,但其對全球大量減少使用殺蟲劑的貢獻足以獲得諾貝爾和平獎。

科技上不斷突破、讓育種比過往更快更精準,降低農藥與肥料施用,從而減少環境影響;增加產量跟營養,讓食物更便宜可親。但在許多國家地區的政策跟民眾觀感中,基因轉殖作物始終過不了關,包括臺灣。

攝影/呂元弘

余淑美認為,相較於其他更不精準的育種技術,基因轉殖作物受到的要求太高了。生物安全評估的成本一層層疊加,「所以你可能十塊錢的成本,一塊錢是研發,九塊錢是花在生物安全評估上。」她說,這也使得這遊戲只有大公司玩得起,有志創新的小公司反而被排擠。

雖然臺灣面對少子化、人口下降,但就全球來說,總人口依舊還在快速增加,往 95 億前進,即使是此刻,全球也有 10 億人處於飢餓狀態。而一份統整了 500 篇研究的報告,顯示糧食生產的速率完全趕不上人口成長,屢創紀錄的自然災害,如旱災、洪荒、野火、高低溫、病蟲害等,更讓余淑美估計糧食危機將提早到來。

以稻米來說,「日本原來的品種都比較適合低溫,現在溫度越來越高,他們到臺灣來要品種去做雜交,因為他們的稻米現在已經開始不耐高溫了。」她接著指出前年(2020)花蓮有機米也因為高溫產量減少四成,桃竹苗第二期稻作也因為乾旱而休耕,去年(2021)中部許多地方第一期也休耕。她表示其實只要政策願意開放,她有把握可以育出不需要用那麼多灌溉水的品種。

除了耐旱,耐鹽也是余淑美認為值得開發的特性。像是歐洲唯一的稻米區——法國與西班牙南部就遇到地中海海平面上升、鹽水侵襲的問題;同樣的問題在臺灣,余淑美指出也有 30,000 公頃的耕地地層下陷受鹽害,影響範圍從彰化到臺南,在這些地方耐鹽的品種就能派上用場。

那現在最熱門的「基因編輯」呢?余淑美表示基因編輯的厲害之處,就是可以有效精準改變與改進基因,而且沒有外來基因,能夠提升消費者的接受度,她的實驗室也已經在做,但基因轉殖依舊是最能解決糧食問題的育種方式。余淑美認為,有機與基改其實訴求一致,都是要避免化肥跟農藥過量傷害環境與人體,尤其在臺灣每公頃農藥用量為亞洲第一的情況下,其實更該反思現行農法的問題。或許隨著教育、科普、跟糧食危機逼近,社會對基改作物的接受度也會逐漸提升吧!「我們家的豆腐都是挑基改的買喔!」她笑著說。

不斷前行的步伐與堅定的意志

除了力挺基改食材,身為研究糧食作物的生物學者,余淑美還有別的堅持,例如自己做飯。

「孩子小時候我都給他們每天帶便當。我雖然很忙,沒辦法幫他們做很多事,可是有些事情我很堅持。」余淑美回顧自己剛回國時的生活:兒子才滿月,女兒也只有兩歲,與先生趙裕展(同為中研院分生所研究員)互相配合,例如自己下午五點下班回家做飯,晚上八點回辦公室,換先生回家陪小孩,然後到十點換她回家顧小孩,輪到先生回辦公室繼續工作到十二點。

不過難以想像的是:回國 33 年,這般勤奮竟然一直延續至今!兩人如今還是每天早上九點半到辦公室,晚上抽空回家做飯、然後又回到辦公室,近半夜十一點半才回家。真的是連學生都不得不努力了。

「我小時候媽媽身體非常不好,我從小學一年級開始就要做很多家事,洗衣燒飯。冬天很冷,屋瓦上都會結霜,還是要到溪邊去洗衣服。」也因此,即使研究工作再忙再累,余淑美或許早已習慣,做事極有效率。身為家中老大,下有三個妹妹、一個弟弟的長女,成長的年代也曾感受過被視為「賠錢貨」的社會氛圍。負面的刻板印象反而刺激了她,讓她更努力,要讓所有人看見女生可以做得跟男生一樣好。

攝影/呂元弘

2014 年,得到第七屆「傑出女科學家」的肯定,余淑美因此多了許多到高中女校演講的邀約。她總是以自身為例,鼓勵學生要衝破家庭與學校教育給他們的窠臼,就像她父親告訴她的:想要唸、可以唸就往上唸,沒有一定要幫家裡賺錢或是早點出來工作。而當了母親的余淑美也總是鼓勵一對兒女盡量接觸各種興趣,自行探索方向。

就算在原本的路上撞了牆,或是想換條路走,余淑美也覺得沒什麼關係,但她建議學生要把握原有的基礎,在那之上學習新東西,才能為自己加分。「因為這種跨領域的人才其實更少,在這麼競爭的環境下,更可以凸顯你的能力。」她表示。

相較於其他科學領域,生命科學領域堪稱性別平衡,以余淑美所在的中研院分子生物研究所來說,男女比就幾乎各半,工作領域也無同工不同酬的問題。另外她認為,相較於美國女性婚後大多冠夫姓,臺灣沒有這情形,算是很不錯。

不少女性研究者在家庭裡負擔較多的工作,例如照顧長輩跟小孩,她認為的確比較辛苦,也因此另一半非常重要。她就有一些學術領域的朋友,因為先生跟家庭不太能諒解她們長時間待在實驗室而起衝突。她自己分析,即使生命科學領域女性跟男性比例平衡,但有許多女性未婚或沒有生育;若是成家有小孩的,另一半也幾乎都是學者,比較能體諒研究者的需求。由於分子生物領域非常重人力,進行各項精細實驗皆仰賴研究者的細心與耐心,加上也不太耗體力,她認為很適合女性。然而在她的學生當中,也會有女學生遇到職涯與家庭的兩難考驗。余淑美當然會予以鼓勵,但若她們仍舊放棄,在尊重其決定之餘,有時也不免覺得可惜。她認為每一個人都應該有權利追求自己的興趣,人生才有意義,但仍需要一定的幸運。

如今帶領多國學生的余淑美,笑著說實驗室像是聯合國一樣,巴基斯坦、印度、越南等許多南亞與東南亞國家的學生紛紛慕名而來,一方面是因為在這些國家,稻米是很重要的作物,他們也覺得很有發展前景,另一方面,她說,因為臺灣的學生想研究農業科學的越來越少了,因此國際學生佔比就不斷提高。

「我很喜歡手機定時欸,可以訂好多不同的時間提醒我。」在跟我們分享她怎麼安排每天的工作時間與指導學生的節奏時,余淑美眼睛一亮地冒出這麼一句話,讓人覺得十分可愛。這句單獨聽起來一點也沒什麼的話,放在脈絡裡,其實是這位頂尖科學家 30 多年來日復一日、研究、教學、與服務不歇的證據。不論是在對基因轉殖的認識、採納上,還是對農業與糧食安全的體悟上,或許臺灣還需要一些時間趕上她的腳步,只不過,到時候余淑美肯定又已經走得更前了吧!

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

水稻基因改造的專家!中研院余淑美院士-第七屆台灣傑出女科學家獎得主/YouTube

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