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差點因紫菜消失而瀕危的海苔產業,如何重回日本人的餐桌?——《藻的秘密》

臉譜出版_96
・2020/01/15 ・4262字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 527 ・七年級
  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

多種營養,一次滿足的好食材「海苔」

海苔除了味道鮮美,還有許多理由讓它不虛「好食材」的美名。雖然海草(包括海苔)並不是天堂來的食物,但是除了碘之外,它還具備其他多種養分,纖維與蛋白質的含量也高,而且熱量低。

許多海草每份所含的礦物質和維生素比陸地上生長的蔬菜(包括甘藍菜和菠菜)都高。畢竟植物的根只能吸收到周遭土壤中的礦物質,況且土壤中比較稀少的化合物可能會被吸收殆盡。

相反地,海藻被海水包圍,水中充滿各種溶解礦物質,包括那些藻類和人類都需要的微量成分。除此之外,由於海水持續受到風和洋流的攪動,因此藻類一直都有源源不絕的礦物質可以吸收。

圖/wikimedia

我很驚訝一小份的海草就能滿足多種營養需求。四片海苔的重量約 2.5 公克(或是七枚迴紋針的重量),就能提供足夠的維生素A、維生素B群、鈣、鎂、鈷、硒、碘、鐵,以及蛋白質(海苔中有一半是蛋白質)。包括海苔在內的一些海草,含有維生素C,不過這種維生素分解得很快。海苔也特別富含製造蛋白質所需的丙胺酸、麩胺酸和甘胺酸。

在日本,人們平均每天吃下 14 公克的海草(其中包括許多海苔),日本是全世界數一數二長壽的國家。

這並不讓人驚訝,因為 ω-3 油能降低發炎反應,減少血液中的三酸甘油酯,使心血管疾病的風險也跟著下降。絕大部分的海草含有大量的可溶性纖維,就像燕麥粥,能降低膽固醇,維持腸道健康,並提供飽足感。

除此之外,流行病學的研究顯示,攝取足夠的 DHA 能減緩阿茲海默症造成的認知衰退。根據梅約醫院(Mayo Clinic)的說法,DHA 有助於減緩類風濕性關節炎的症狀。海草的低熱量、高營養、豐富的 ω-3  油,再加上飽足感,比一天一顆的蘋果還要棒。

在日本飲食中源遠流長的紫菜

製作海苔的原料是紫菜屬的紅藻,最常使用的是條斑紫菜Porphyra yezoensis)。

世界各地居住在溫帶海岸地區的人民都會吃紫菜,但是東亞人,特別是日本人,吃紫菜的程度是其他地區的人比都比不上的。多年來,紫菜在日本人日常飲食中占的分量之重,讓日本人的生物特性改變了。

圖/pixabay

日本人消化海草的能力高出其他人,因為他們的腸道細菌中有一類能製造紫菜酶(porphyranase)這種酵素的基因,幫助消化海草堅硬的細胞壁。這些細菌可能是經由水平基因轉移(lateral gene transfer)得到這些有利的基因,成功地在人類的腸道中居住下來,並且大啖海草。由於腸道中有紫菜酶,日本人能從海草中榨出比較多的養分。

日本諸島的居民吃海草的歷史比懂得栽培陸生蔬菜的歷史還要悠久。從他們遺留下來的含碳遺跡看來,大約在一萬年前,居住在沿岸的部族便使用海草和居住在內陸的狩獵部族交換物品。

早期的文字紀錄中也經常出現海草,原因之一是海草在日本本土宗教—神道教中占有一席之地,這個宗教約出現在公元前七世紀。包括紫菜在內的海草會在神社中獻祭,以祈求神明保護這種重要食物的供應來源。公元八世紀時,漁民把海草當成稅金,主管單位會把這寶貴的物品分配給宮廷、平民、軍官以及神官。

對於沿海的居民來說,海草日常生活的一部份。圖/pixabay

對於居住在沿海的許多人而言,採集海草來吃,將之做為貿易商品,或當成稅金上繳,是日常生活的一部分。海草也成為幕府軍隊的口糧,可以做成海草醬,或加糖加醋來吃。到了十八世紀初,廚師才利用造紙的技術製造出我們現在熟悉的海苔片。

有時長有時不長,賭博般的海草

採收紫菜的方式也隨著時間而變化。在 1600 年之前,海邊的居民人就只是在退潮時摘取自然生長在潮間帶岩石上的紫菜。但後來事情不一樣了。當時軍政獨裁者德川家康統治日本,他下令每天都要供應魚到他位於江戶(現在的東京)的宅邸。東京灣周邊的漁民為了確保穩定的漁獲,便在海岸邊圍起竹柵欄來圈住魚。後來他們驚訝地發現紫菜會長在柵欄上,這是個好消息,漁民便把竹竿插在潮間帶的水域中,讓海草在竹竿上生長。

到了十八世紀,日本漁民發現紫菜不只會長在竹竿上,也會長在竹竿之間的網子上,這使得生長面積增加了。漁民開始販賣紫菜賺取收入,並且做為冬季的食物,但紫菜的生活史還是個謎。春天時,海水變得溫暖,他們可以看到海草釋放出孢子,消散在水中。秋天時網子上會長出新的紫菜,但是有時卻不會。

某幾年紫菜不會出現,但原因不明,該年的冬天漁民只好在困苦中度過,並且咒罵這種「賭博般的海草」。人們時不時會撈捕孢子,想把它種在網子上,但這些實驗從來沒有成功過。所以漁民每年總要拿一些紫菜獻給神明,以祈求豐收。

大約在二戰末到剛結束後不久的這段時期,神明可能永遠拋棄了這些漁民,年年海草都沒有再長回來。

海苔的消失不只對文化造成了衝擊,人民也因處於飢餓民不聊生。當時的日本受到了嚴重的破壞,八成的漁船由於美國的轟炸受損,仰賴進口的食物供應被迫中斷,三百五十萬日本軍隊和人民也從海外回國。對漁業的續存來說,紫菜至關重要,但是沒有人知道怎樣才能讓這些海草再次生長出來。

遠在英國的藻類學家,拯救日本的紫菜產業

誰也料想不到拯救海草產業的是一位英國女性藻類學家:凱薩琳.德魯(Kathleen Drew)。

拯救海草產業的藻類學家:凱薩琳.德魯。圖/wikimedia

她 1901 年出生於蘭開斯特,獲得獎學金而進入大學唸書(這對於當時的女性而言極不尋常),並且在以優異的植物學成績畢業後,前往加州大學柏克萊分校從事兩年的研究工作,接著回到英國曼徹斯特,在大學中教授藻類學。

她在 1928 年和從事學術研究的同事亨利.萊特.貝克(Henry Wright Baker)結婚,因而被要求辭職,因為當時的已婚婦女不得教學。大學提供她擔任研究職務(你可能不知道這是不付薪水的),所以德魯(朋友們都這樣稱呼她)靜靜地在家裡自己做研究。經過了十多年,這位身材嬌小、戴著眼鏡的兩個孩子的母親,發表了幾十篇論文,在 1939 年得到博士學位並成為研究紅藻的頂尖權威。

紫菜生活史之謎

1940 年代中期,她的注意力放在 Porphyra umbilicalis 這種生長在威爾斯北部海岸的紫菜上,當地居民自古以來就會採集這種海草來吃。德魯–貝克博士決心要解開紫菜的生活史之謎。

一開始,她在家中的小水槽中培育紫菜,以便蒐集孢子進行後續實驗。雖然沒有什麼特別的理由,但是她決定放一些舊的牡蠣殼到一些水槽中。一如所料,紫菜生長茂密,釋放出孢子,但是幾個星期後,奇怪的事情發生了:那些牡蠣殼變成了粉紅色。

乍看可能會以為是海水受到其他海草孢子的汙染,不過德魯–貝克認出牡蠣殼上玫瑰色的絨毛是絲狀的海草,名字是玫瑰貝殼絲藻(Conchocelis rosea)。但不久後她便發現這個「玫瑰貝殼絲藻」並不是一個物種,而是紫菜的孢子體(sporophyte)階段。

孢子體是某些植物和藻類在發育過程中的多細胞形態。她發現紫菜的孢子在春天並不是消失了,而是換位置生長。這些生成長出來的個體並不是棲息於潮間帶,而是在稍微深一些的海域,附著在牡蠣或其他雙殼貝類上生長成絲狀的個體。

由於這種個體最初的命名錯誤,她把它稱做貝殼絲狀體(conchocelis)。貝殼絲狀體將來也會釋放孢子,稱為「殼孢子」(conchospore)。風與潮汐會把在海底的殼孢子帶到岸邊,殼孢子附著在潮間帶的岩石、竹竿(和網子)上,發育成我們熟悉的葉片狀海草。

Summary of Porphyra life cycle.
紫菜生活史示意圖:左上為配子體 (Gametophyte) 階段,右上為果孢子體 (Carposporophyte)階段,下方則為四分孢子體(Tetrasporophyte)階段。我們一般吃的海苔屬於配子體階段的紫菜。圖片嵌入自:An Illustrated Review on Cultivation and Life History of Agronomically Important Seaplants – Scientific Figure on ResearchGate.[accessed 15 Jan, 2020]
紫菜屬的生活史很複雜,但有其意義。雖然海岸區域騷動不斷,有風暴、異常高溫或是疾病會殺死許多紫菜,但是貝殼絲狀體在平靜的海底度過一季又一季,可以持續提供新的孢子。

被轟炸破壞的海床,失落的紫菜生產

德魯–貝克寫了一篇說明這個發現的短篇論文,投稿到《自然》(Nature),於 1949 年發表。她預期應該只有學術界中對紅藻有興趣的人才會注意到這篇文章,不過日本九州大學的教授瀨川宗吉(Sokichi Segawa)讀到了這篇論文,並瞭解到它對日本海苔農民的重要性。

紫菜發育的生物特性解釋了為何近年來都無法培養成功。第二次世界大戰期間,美國空軍幾乎對每個主要港口和能夠航行的海峽都投下數以千計的水雷,這些轟炸行動破壞了主要港口,目的是要讓依賴進口食物的平民挨餓,以逼迫日本帝國投降。但是爆炸也破壞了貝殼,並掩埋了牡蠣生長的海床。接下來的颱風季節,強烈的颱風又攪亂了水底的生態系,導致多年來孢子體沒有適合的場所長成貝殼絲狀體,釋放殼孢子到潮間帶繁衍。

日本三重縣紫菜養殖場。圖/wikimedia

瀨川宗吉在日本海洋生物學家和漁民的幫助下展開工作,在陸地上複製紫菜在自然環境中繁殖所需要的生態系。現在這個系統於不同的國家之間有少許差異,但是基本上是這樣的:

  • 專家把在特定區域中蒐集到產量最高的紫菜所產生的孢子,移到室內巨大的水泥淺水槽中,並在槽中注滿海水。
  • 槽上架著桿子,桿子下吊著成由塑膠繩串起的牡蠣殼,每串有數百個,掛在水中。
  • 槽中的海水經過處理,去除了細菌,並且控制氧氣、溫度和營養含量,以模擬當地夏日的狀況。
  • 孢子會如同在野外那般在殼上生長,長成粉紅色的貝殼絲狀體。這時讓水溫下降,並且製造波浪,模擬秋天比較冷而且有颱風來襲的狀況。此時,貝殼絲狀體會釋放殼孢子。
  • 工作人員會把數層網子捲成粗柱狀,浸到水中,讓殼孢子附著到網子上。這些含有孢子的網子會捲起來冷凍,到了秋天,漁民會把網子在風平浪靜的海灣中展開,通常當地政府經營的海藻孢子中心會幫助栽種。

在那篇《自然》的論文發表後幾年,德魯– 貝克的發現以及後續日本科學家的發明,拯救了全國的漁民,並且拓展為成功的國家協助產業。栽培紫菜不再像是賭博,而是有踏實的收穫,在日本、韓國與中國,栽培紫菜成為重要的的成功產業,並且擴及到東南亞國家。

 

——本文摘自泛科學 2020 年 1 月選書《藻的祕密:誰讓氧氣出現?誰在海邊下毒?誰緩解了飢荒?從生物學、飲食文化、新興工業到環保議題,揭開藻類對人類的影響、傷害與拯救》,2019 年 12 月,臉譜出版

 

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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》