0

7
1

文字

分享

0
7
1

小小的藻類生長大爆發的「藻華」,如何影響經濟與健康?——《藻的秘密》

臉譜出版_96
・2020/01/16 ・3032字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

藻華產生的軟骨藻酸,對人類與哺乳類都有威脅的毒素

全球各地藻華產生軟骨藻酸事件出現的次數不但愈來愈頻繁,面積也愈來愈大,這是因為海水變得更溫暖,同時有更多肥料流入海中所造成的。

根據最近歐盟的研究,軟骨藻酸對於海洋哺乳動物和人類都造成了嚴重的威脅。海獅經常因為軟骨藻酸中毒而死亡。人類如果無意間攝入了軟骨藻酸,會產生嘔吐、頭痛、無法辨別方向、癲癇等症狀,有的時候甚至會死亡。1987 年的加拿大愛德華王子島(Prince Edward Island),有四人因為中毒而死,另外還有超過百人生病,全是因為吃了受到汙染的海鮮。

紫貽貝(淡菜)。赤藻產生藻華時產生軟骨藻酸,容易易蓄積於濾食海藻的生物體內,因此可能經由食物鏈進入人體中。文字資料來源:衛福部食藥署;圖/嵌入自國立台灣海洋大學有毒海洋生物網頁

研究警告,住在海邊的人和以採集貝類為樂的人,最容易受到毒害。長期接觸到這種毒素,除了會產生上面所說的症狀之外,還會有記憶問題。由於貝類接觸到有毒的藻華之後,軟骨藻酸可以留在體內長達一年,美國華盛頓州建議消費者每個月食用刀蟶的次數不要超過十二次。

擬菱形藻形成的藻華也會造成經濟損失。

2015 年夏天,矽藻藻華從美國加州中部海域往北延伸到加拿大卑詩省外海,綿延一千五百哩,產生的軟骨藻酸濃度也破了觀察紀錄。州政府因此禁止在這個區域撈捕貝類長達四個半月,同時也警告消費者不要食用來自這個海岸線的貝類。漁民和岸邊相關事業損失了數千萬的收入。

藍綠菌會製造哪些毒素?

藍綠菌為何要演化出製造毒素的能力,到現在還不清楚,但這些毒素本來的目的可能不是用於防禦,因為藍綠菌在演化史早期中並沒有掠食者。

圖/GIPHY

微生物學家最近指出,最常見的藍綠菌毒素微囊藻毒(microcystin)可能是用來防護過多的紫外線,這類化合物的功能類似防曬油。如果劑量高的話會致命,劑量低時在肝臟中累積,也會對於寵物造成長期傷害。

另外還有其他的藍綠菌毒素:節球藻毒素(nodularin)存在於微鹹的水域中,而柱孢藻毒素(cylindrospermopsin)存在於淡水中。雖然不是所有由藍綠菌形成的藻華都有毒,不過我絕對不會在長著藻華的池塘或是混濁綠色的池水裡游泳,也不會讓我的狗喝這些水。

腰鞭毛藻形成的「紅潮危機」

但遺憾的是我們不只要小心綠色,具有紅色色素的微型藻類腰鞭毛藻(Karenia brevis)每年都會大量繁衍,從墨西哥灣岸起,往北延伸到北卡羅來納州的大西洋海岸,讓海水呈現暗紅色,並且對岸邊居民造成身體與經濟傷害。

美國加州外海的赤潮。圖/wikimedia

腰鞭毛藻所呈現的色調讓它們所形成的藻華也稱為「紅潮」(red tide)。紅潮中充滿能夠攻擊人類神經系統及毒害海洋哺乳動物的雙鞭甲藻毒素(brevetoxin)。多年前我前往佛羅里達州外海的安娜瑪麗亞島(Ana Maria Island)度週末假期,就親身體驗到紅潮的厲害。

抵達島上之後,我在海灘散步,卻覺得呼吸不順、眼睛發熱。我以為自己生病了,但是旅館櫃檯人員說這是當地的紅潮所引起的。雖然我沒有注意到海水呈現紅色,但是腰鞭毛藻的確活躍著,在海浪與海風的作用下,腰鞭毛藻飄入空氣中,被我這樣沒有留意而去海灘的人吸入。

遭遇紅潮的地區之所以不幸,是因為紅潮能夠持續好幾個月。

2006 年發生在佛羅里達州的紅潮持續了十七個月,讓當地的旅遊業一蹶不振。二○一七年在佛羅里達州發生的紅潮,到了二○一八年秋天依然造成損害,殺死的魚類和其他海洋哺乳動物,總重高達兩百七十萬磅,因為呼吸道症狀而入院治療的人數也破了紀錄。水中二氧化碳濃度提高(這是大氣中二氧化碳濃度提高所造成的),會刺激腰鞭毛藻生長,紅潮因而出現。

外來貝類導致微囊藻的大量繁衍,並且無時無刻都在釋放毒素

最近幾年的夏天,俄亥俄州陶雷度(Toledo)附近的伊利湖(Lake Erie)中,會出現由銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)和其他數種有毒藍綠菌形成的藻華。這些藻類讓湖水呈現噁心的綠色,看到這湖水表面藻華的人,把它描述成豌豆湯、綠油漆,或是薄荷奶昔。肥料逕流與水溫升高是藻華出現的主要原因,但是入侵的貝類也助了一臂之力。

斑馬貽貝(zebra mussel)和條紋貽貝(quagga mussel)在 1980 年代隨著船艙的壓艙水進入了五大湖,之後便大量繁殖。牠們會和魚類競爭,搶食藻類。但是這些貝類很挑食,不吃微囊藻,而是把微囊藻的競爭者吃掉,因此微囊藻在水中得以立足,並且大量繁衍,無時無刻都在釋出毒素。

看的見與看不見的藻華,持續地影響我們的生活

藻華不只難看,還嚴重影響了陶雷度市四萬名飲用伊利湖水的居民。2014 年,伊利湖出現史上最大的藻華,汙染面積高達三百平方哩,大約等於紐約市。

吸取湖水的管子距離岸邊數哩遠,由於受到藻華覆蓋,使得陶雷度市的公共用水系統關閉了兩天,不只沒有飲用水,也沒有清洗碗盤和沐浴嬰兒的水。從那時起,該市設立了早期預警系統,以便動用額外(而且昂貴)的活性炭過濾系統。不過我可以想像,陶雷度市民如果看到水源上完全覆蓋著藻類的衛星照片時,依然會覺得不安。

受綠潮襲擾的海岸線。圖/wikimedia

這樣的問題並不限於陶雷度市,現在蘇必略湖(Lake Superior)和紐約州手指湖(Finger Lakes)也遭到夏季藻華的入侵。

普洛伏(Provo)附近的猶他湖(Utah Lake)不但是熱門的度假地區,也是當地的水源,但是在 2016 年,湖水變成綠色,而且必須關閉,因為市政府發現湖中有毒藍綠菌的濃度是世界衛生組織認為「造成急性健康傷害」濃度的三倍。同年夏天,有幾個人在洛杉磯附近的金字塔湖(Pyramid Lake)游泳之後生病了。衛生官員測量湖水中的微囊藻毒素濃度,發現是警告標準的六倍。

在奧瑞岡州的上克拉馬斯湖(Upper Klamath Lake)是有毒藻華湖泊的典型。這座湖的湖水淺、湖面平靜,正適合水華束絲藻(Aphanizomenon flos-aquae)生長,這種藍綠菌生產的毒素能夠導致麻痺。奧瑞岡州克拉馬斯河上的水庫,也容易出現微囊藻形成的藻華(飲用水中的微囊藻毒素特別危險,因為就算煮沸也無法消除這種毒素)。這種危險並不只限於當地:通過水力發電的管路,這種藻類可以在一百八十哩外的下游出現。

有些傷害性藻華(harmful algal blooms)會讓水呈現螢光綠,或甚至是明亮的粉紅色,很容易就可以看得出來。但是看不見的藻華每年入侵了美國數千座湖泊、池塘和水庫。

美國地質調查局(US Geological Survey)最近發現,美國西南部地區有 39% 的溪流中有微囊藻毒素。在 2016 年夏天,有十九個州因為傷害性藻華而發布公共健康警報。在北半球,情況愈來愈糟,夏天出現藻華的時間愈來愈早,持續的時間也愈來愈長。

淡水中的傷害性藻華對經濟的影響,雖然現在還沒有完整的資料,不過堪薩斯州立大學在 2009 年的一項研究中估計,淡水傷害性藻華每年會造成二十二億美元的損失,原因包括限制了水上娛樂活動、造成岸邊的房地產下跌、拯救瀕危物種的費用,以及處理飲用水的花費。

——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

 

文章難易度
臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 244 位粉絲
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。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
準備出國啦!Surfshark VPN 快趁黑五買起來,上網購物最安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

本文由 Surfshark VPN 贊助。

兩、三年以來的防疫生活,終於迎來全面 0+7 的這一天啦!返國之後不再需要隔離的一天來了,冰友們,你是不是已經收拾好心情、收拾好行李,在進行機+酒的比價了呢?除了規劃好出國行程、找好景點與美食店家,想要讓自己不可或缺的網路生活也更加安全,一定要趁即將到來了感恩節黑五期間,把超優惠的 Surfshark VPN 服務買起來,為自己的網路生活加買最平安的保險!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

在疫情下,網購成為了更多人的日常。不僅各樣的在地購物節為網友帶來眾多優惠,全球化的購物活動,台灣當然也不會缺席!美國感恩節(Thanksgiving)都是 11 月第四個星期四,但是感恩節後的週五,便是聖誕節前的購物佳期啟動日,這一天通常都會業績超標(在收支表上呈現正向收入(顯示為黑色字體,而非赤字的紅色字體),各家的瘋狂優惠都會在黑五祭出!相信許多精打細算的朋友,對黑五購物節絕對不陌生(很可能還搶過很多優惠!!)

網購怎能漏掉「亞馬遜」!

雅虎奇摩之於台灣,就像是亞馬遜(Amazon.com)之於美國那麼的有名!絕對也是什麼都賣、什麼都不奇怪的最佳代表。

如果你平常就很喜愛一些美國品牌,趁著黑五的日子到亞馬遜清空購物車,覺對優惠不會讓你失望。這時候,透過 Surfshark 連線到亞馬遜美國站,絕對會顯示的價格絕對讓你眼睛為之一亮,這時候最新搭載 M2 晶片的 iPad Pro,獨家支援動態島顯示的 iPhone 14 Pro,絕對是最好入手的時機。除此之外,亞馬遜平台經典的 Kindle 閱讀器,也是超合適的禮物,送禮自用兩相宜啊!另外要特別留意,購買時可以確認商品有沒有幫忙送到台灣,如果還沒有,可以先跟美國的朋友確認一下,邀請他們回國時幫你一起帶回來!

跨國追劇最爽快

對於喜愛追劇的朋友,品味可能相當豐富且多元,畢竟欣賞優秀影視作品,不現語言,更是不限地區啊!只不過,若是你訂閱 Netflix 等跨國 OTT 服務,都會有各地不同的上架影視作品,可能會讓你無法在第一時間就能夠立即「追」到劇,讓你等得心癢癢!還好這一切只要連上 Surfshark VPN 都能解決,Surfshark 支援超過 100 國的 VPN 連線,無論你想看韓國、日本還是哪一國的最新戲劇,通通讓你一秒追到最新進度!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月

專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

出差大陸翻牆超方便

在過往出國、返國都需要隔離的階段,肯定讓不少工作上需要經常往返多國之間的朋友,感到生活驟變。所幸,在防疫政策解封之後,一切都可逐漸恢復正常。對於經常有需要到中國大陸出差的朋友,肯定都會感受到網路斷聯的不方便,因為無論是 LINE、Facebook Messenger、YouTube、Gmail 等你可很能天天都在使用的網路服務,大陸都無法使用。這還不打緊,連跟家人、朋友報平安也很不便。這時候 Surfshark 連上,就可以幫助你輕鬆「翻牆」,跟台灣親人網路無距離!

 

上網不留痕跡,不被追蹤最自由

對於一個人來說,最私密的資料之一,除了你的個資,就屬我們每天耗費大量時間逗留的網路。我們所在網路上留下的痕跡,絕對是超真實的自己,當然你不會期待這樣的自己被「搜尋引擎」、「網路廣告」公司了解得太透徹,好像你在網路上的一言一行,都被監視著。

..0000000\0;也可隱藏IP位置,避免被廣告商追蹤;更可以為你我阻擋惡意程式、釣魚軟體等,讓你防止被攻擊,以及被網路充斥的廣告打擾,好處多又多!

如果對於 Surfshark 還覺得不夠熟悉的話,不得不告訴大家,今年 Surfshark 榮獲第六屆 CyberSecurity Breakthrough 頒發的「VPN 年度最佳解決方案」(VPN Solution of the Year),也就是成為今年最推薦的 VPN 方案。CyberSecurity Breakthrough 是全球領先的獨立市場情報組織,致力於表揚當今全球資訊安全市場上的頂尖企業、技術和產品。有了他們「掛保證」,代表 Surfshark 絕對是品質、信譽都讓你安心的VPN 服務。

講了這麼多,是不是讓你感到很心動了。如果你原本就是網路重度使用者,用來上網的設備是樣樣都有,Surfshark 一個帳號就能支援所有設備,CP 值超高!趁著年度超狂黑五購物節的到來,送給你自己兩年安心無虞的網路生活,肯定是送自己的最好禮物!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

1
0

文字

分享

0
1
0
最致命的動物毒素,來自「殺手芋螺」!——《海之聲》
臉譜出版_96
・2022/11/20 ・2217字 ・閱讀時間約 4 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

芋螺科(Conidae)──那些有著象形文字圖案、在十七世紀激起林布蘭靈感與貝殼瘋的錐形貝殼建造者,也打造了一座神經毒素軍火庫。牠們從八百多種化學物中汲取精準的劑量,捕捉獵物。

這些新化合物瞄準獵物身上的不同受體,讓全世界速度最慢的這種軟體生物,得以殺死速度最快的魚。芋螺也會部署毒素自我防衛,這就是為什麼牠們有時會攻擊那些撿拾或踩到牠們的人。

殺手芋螺(Conus geographus,又名地紋芋螺)的毒素,是目前已知的動物毒素中對人類最致命的。牠們有「香菸芋螺」(Cigarette Cone)的外號,據說是因為被牠螫到的受害者,在毒發身亡之前,還有時間可抽根菸──但實際上要花上好幾個小時才會死去。

正準備攻擊獵物的殺手芋螺。圖/臉譜出版提供

芋螺的毒素,是毒也是藥

自然界的殺人武器也能用於治療。著名的案例之一,就是從芋螺毒素開發出來的一種名為含辛抗寧(ziconotide,商品名 Prialt)的慢性疼痛藥物,強度超過嗎啡一千倍,而且不會上癮。但這項藥物無法穿越血腦屏障(阻止血液中化合物侵入腦部的保護性屏障),它必須透過脊椎穿刺輸入,無法緩解因為嗎啡不再有效而處於極度疼痛狀態的某些癌症患者與愛滋患者。

霍福德深信,在海底、海岸或珊瑚礁的某個地方,在眾多有毒的海洋動物中,總有一種會攜帶可穿越血腦屏障的鎮痛性化學物質;在某些未知軟體動物的外殼下方,隱藏著一種鴉片類止痛藥的替代物。

目前,她正在繪製軟體動物基因組,尋找可製出該種藥物的芋螺毒組合,以及可治療癌症與其他疾病的配方。DNA 定序與分子親緣關係學都是比較容易的部分,但更大的挑戰是如何拯救動物多樣性,霍福德認為那才是改善所有生命的關鍵──在這個許多物種還來不及命名就消失的時代。

含辛抗寧的化學結構。圖/Wikipedia

芋螺的毒素也能殺死人類!

目前所知第一位被「芋螺小魚叉」殺死的,是安汶東南方班達群島的一名女性奴隸,該島目前隸屬於印尼的摩鹿加省。一六○○年代初期,荷屬東印度公司以大屠殺手段奪取班達群島,荷蘭人將倖存者與附近島民當成奴隸,讓他們在肉豆蔻種植園工作。

博物學家倫菲爾斯在他的《安汶珍奇櫃》中,講述了其中一位的悲慘故事:「她只是將拉圍網時從海裡撿拾起來的小香螺拿在手上。她走在海灘上,突然感到手部微癢,癢感逐漸爬上手臂,穿過整個身體,然後當場就死了。」

倫菲爾斯的敘述是官方紀錄中的第一起。毒芋螺攻擊人事件共有一百四十多起,其中三十六起造成死亡。真實數字很可能遠高於此;在先前幾個世紀,大多數的死亡並未得到報導與紀錄。華盛頓大學無脊椎動物生物學家艾倫.科恩(Alan J. Kohn,他的姓氏﹝Kohn﹞與鑽研毒芋螺﹝cone﹞的生涯頗為合拍)六十幾年來一直保留著該份紀錄。

一九五○年代初唸研究所時,他在耶魯實驗室的水族箱中,第一次觀察到一隻細線芋螺(Striated Cone)用「顯然是非常強烈的一種神經毒素」麻痺了一條魚。往後的歲月裡,他持續研究芋螺令人印象深刻的演化與生態學。

細線芋螺。圖/Wikipedia

帶有劇毒,卻也最具多樣性

芋螺演化出八百多個物種,使牠們在多樣性方面成為最成功的活軟體動物。科恩的研究有助於解釋,為何有這麼多近親可以在熱帶地區住得如此靠近(同一塊珊瑚礁上可高達三十六種不同物種),卻不會為了同樣的食物彼此競爭。

答案是,不同種的芋螺會製造各自的獨門毒素,瞄準不同的獵物。大多數芋螺都吃蠕蟲,有些也吃軟體動物,大約有一百種是食魚動物。有些獵魚者演化出用魚叉麻痺獵物,有些則是用世界上最美麗的漁網。

鬱金香芋螺悄悄貼近一條小魚,帶著流蘇般迷你觸手的嘴網翻騰滾動。這動物沒有牠的魚叉親戚那種戲劇性,只是輕輕將魚兒包入網中,釋出牠的麻痺毒素,並將那隻還來不及感受到自身命運的昏迷生物吸入體內。

鬱金香芋螺。圖/Wikipedia

親身試毒的海洋科學家

根據目前所知,只有獵魚為食的芋螺曾奪走過人命。科恩甚至認為,殺手芋螺很可能是唯一殺過人的。而目前已知唯一一位曾給自己注射芋螺毒素的人士想必也是如此認為,否則他就是有自殺傾向。

一九七○年代末,東京海洋科學家吉葉繁雄,從日本玳瑁芋螺(Thunderbolt Cone,學名 Conus fulmen)中提煉出牛奶白的生物毒素,將毒素注入不同的海洋生物、兩棲動物與哺乳動物體內。魚類抽搐而死;蛙類死前,銳角狀的後腳僵直不動;兔子失去行走能力,但一小時後恢復。吉葉也將小劑量注入自己前臂。

「沒出現神經性或功能性障礙,」他愉快地寫著。「只有局部發現諸如疼痛、發紅、缺血、水腫、搔癢等症狀,大約持續三天。」

——本文摘自《海之聲:貝殼與海洋的億萬年命運》,2022 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 244 位粉絲
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。

0

7
1

文字

分享

0
7
1
小小的藻類生長大爆發的「藻華」,如何影響經濟與健康?——《藻的秘密》
臉譜出版_96
・2020/01/16 ・3032字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 作者/茹絲.卡辛吉;譯者/鄧子衿

藻華產生的軟骨藻酸,對人類與哺乳類都有威脅的毒素

全球各地藻華產生軟骨藻酸事件出現的次數不但愈來愈頻繁,面積也愈來愈大,這是因為海水變得更溫暖,同時有更多肥料流入海中所造成的。

根據最近歐盟的研究,軟骨藻酸對於海洋哺乳動物和人類都造成了嚴重的威脅。海獅經常因為軟骨藻酸中毒而死亡。人類如果無意間攝入了軟骨藻酸,會產生嘔吐、頭痛、無法辨別方向、癲癇等症狀,有的時候甚至會死亡。1987 年的加拿大愛德華王子島(Prince Edward Island),有四人因為中毒而死,另外還有超過百人生病,全是因為吃了受到汙染的海鮮。

紫貽貝(淡菜)。赤藻產生藻華時產生軟骨藻酸,容易易蓄積於濾食海藻的生物體內,因此可能經由食物鏈進入人體中。文字資料來源:衛福部食藥署;圖/嵌入自國立台灣海洋大學有毒海洋生物網頁

研究警告,住在海邊的人和以採集貝類為樂的人,最容易受到毒害。長期接觸到這種毒素,除了會產生上面所說的症狀之外,還會有記憶問題。由於貝類接觸到有毒的藻華之後,軟骨藻酸可以留在體內長達一年,美國華盛頓州建議消費者每個月食用刀蟶的次數不要超過十二次。

擬菱形藻形成的藻華也會造成經濟損失。

2015 年夏天,矽藻藻華從美國加州中部海域往北延伸到加拿大卑詩省外海,綿延一千五百哩,產生的軟骨藻酸濃度也破了觀察紀錄。州政府因此禁止在這個區域撈捕貝類長達四個半月,同時也警告消費者不要食用來自這個海岸線的貝類。漁民和岸邊相關事業損失了數千萬的收入。

藍綠菌會製造哪些毒素?

藍綠菌為何要演化出製造毒素的能力,到現在還不清楚,但這些毒素本來的目的可能不是用於防禦,因為藍綠菌在演化史早期中並沒有掠食者。

圖/GIPHY

微生物學家最近指出,最常見的藍綠菌毒素微囊藻毒(microcystin)可能是用來防護過多的紫外線,這類化合物的功能類似防曬油。如果劑量高的話會致命,劑量低時在肝臟中累積,也會對於寵物造成長期傷害。

另外還有其他的藍綠菌毒素:節球藻毒素(nodularin)存在於微鹹的水域中,而柱孢藻毒素(cylindrospermopsin)存在於淡水中。雖然不是所有由藍綠菌形成的藻華都有毒,不過我絕對不會在長著藻華的池塘或是混濁綠色的池水裡游泳,也不會讓我的狗喝這些水。

腰鞭毛藻形成的「紅潮危機」

但遺憾的是我們不只要小心綠色,具有紅色色素的微型藻類腰鞭毛藻(Karenia brevis)每年都會大量繁衍,從墨西哥灣岸起,往北延伸到北卡羅來納州的大西洋海岸,讓海水呈現暗紅色,並且對岸邊居民造成身體與經濟傷害。

美國加州外海的赤潮。圖/wikimedia

腰鞭毛藻所呈現的色調讓它們所形成的藻華也稱為「紅潮」(red tide)。紅潮中充滿能夠攻擊人類神經系統及毒害海洋哺乳動物的雙鞭甲藻毒素(brevetoxin)。多年前我前往佛羅里達州外海的安娜瑪麗亞島(Ana Maria Island)度週末假期,就親身體驗到紅潮的厲害。

抵達島上之後,我在海灘散步,卻覺得呼吸不順、眼睛發熱。我以為自己生病了,但是旅館櫃檯人員說這是當地的紅潮所引起的。雖然我沒有注意到海水呈現紅色,但是腰鞭毛藻的確活躍著,在海浪與海風的作用下,腰鞭毛藻飄入空氣中,被我這樣沒有留意而去海灘的人吸入。

遭遇紅潮的地區之所以不幸,是因為紅潮能夠持續好幾個月。

2006 年發生在佛羅里達州的紅潮持續了十七個月,讓當地的旅遊業一蹶不振。二○一七年在佛羅里達州發生的紅潮,到了二○一八年秋天依然造成損害,殺死的魚類和其他海洋哺乳動物,總重高達兩百七十萬磅,因為呼吸道症狀而入院治療的人數也破了紀錄。水中二氧化碳濃度提高(這是大氣中二氧化碳濃度提高所造成的),會刺激腰鞭毛藻生長,紅潮因而出現。

外來貝類導致微囊藻的大量繁衍,並且無時無刻都在釋放毒素

最近幾年的夏天,俄亥俄州陶雷度(Toledo)附近的伊利湖(Lake Erie)中,會出現由銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)和其他數種有毒藍綠菌形成的藻華。這些藻類讓湖水呈現噁心的綠色,看到這湖水表面藻華的人,把它描述成豌豆湯、綠油漆,或是薄荷奶昔。肥料逕流與水溫升高是藻華出現的主要原因,但是入侵的貝類也助了一臂之力。

斑馬貽貝(zebra mussel)和條紋貽貝(quagga mussel)在 1980 年代隨著船艙的壓艙水進入了五大湖,之後便大量繁殖。牠們會和魚類競爭,搶食藻類。但是這些貝類很挑食,不吃微囊藻,而是把微囊藻的競爭者吃掉,因此微囊藻在水中得以立足,並且大量繁衍,無時無刻都在釋出毒素。

看的見與看不見的藻華,持續地影響我們的生活

藻華不只難看,還嚴重影響了陶雷度市四萬名飲用伊利湖水的居民。2014 年,伊利湖出現史上最大的藻華,汙染面積高達三百平方哩,大約等於紐約市。

吸取湖水的管子距離岸邊數哩遠,由於受到藻華覆蓋,使得陶雷度市的公共用水系統關閉了兩天,不只沒有飲用水,也沒有清洗碗盤和沐浴嬰兒的水。從那時起,該市設立了早期預警系統,以便動用額外(而且昂貴)的活性炭過濾系統。不過我可以想像,陶雷度市民如果看到水源上完全覆蓋著藻類的衛星照片時,依然會覺得不安。

受綠潮襲擾的海岸線。圖/wikimedia

這樣的問題並不限於陶雷度市,現在蘇必略湖(Lake Superior)和紐約州手指湖(Finger Lakes)也遭到夏季藻華的入侵。

普洛伏(Provo)附近的猶他湖(Utah Lake)不但是熱門的度假地區,也是當地的水源,但是在 2016 年,湖水變成綠色,而且必須關閉,因為市政府發現湖中有毒藍綠菌的濃度是世界衛生組織認為「造成急性健康傷害」濃度的三倍。同年夏天,有幾個人在洛杉磯附近的金字塔湖(Pyramid Lake)游泳之後生病了。衛生官員測量湖水中的微囊藻毒素濃度,發現是警告標準的六倍。

在奧瑞岡州的上克拉馬斯湖(Upper Klamath Lake)是有毒藻華湖泊的典型。這座湖的湖水淺、湖面平靜,正適合水華束絲藻(Aphanizomenon flos-aquae)生長,這種藍綠菌生產的毒素能夠導致麻痺。奧瑞岡州克拉馬斯河上的水庫,也容易出現微囊藻形成的藻華(飲用水中的微囊藻毒素特別危險,因為就算煮沸也無法消除這種毒素)。這種危險並不只限於當地:通過水力發電的管路,這種藻類可以在一百八十哩外的下游出現。

有些傷害性藻華(harmful algal blooms)會讓水呈現螢光綠,或甚至是明亮的粉紅色,很容易就可以看得出來。但是看不見的藻華每年入侵了美國數千座湖泊、池塘和水庫。

美國地質調查局(US Geological Survey)最近發現,美國西南部地區有 39% 的溪流中有微囊藻毒素。在 2016 年夏天,有十九個州因為傷害性藻華而發布公共健康警報。在北半球,情況愈來愈糟,夏天出現藻華的時間愈來愈早,持續的時間也愈來愈長。

淡水中的傷害性藻華對經濟的影響,雖然現在還沒有完整的資料,不過堪薩斯州立大學在 2009 年的一項研究中估計,淡水傷害性藻華每年會造成二十二億美元的損失,原因包括限制了水上娛樂活動、造成岸邊的房地產下跌、拯救瀕危物種的費用,以及處理飲用水的花費。

——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

 

文章難易度
臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 244 位粉絲
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。

1

5
1

文字

分享

1
5
1
隱翅蟲的毒液生化武器,演化上如何組裝而成?
寒波_96
・2022/01/17 ・3910字 ・閱讀時間約 8 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

隱翅蟲是一群小型甲蟲的總稱;牠們以毒聞名,卻不見得都具有毒性。有些隱翅蟲會生產毒液儲存在身體裡,需要時噴射攻擊。毒液不只是嚇唬人的工具,像是跟螞蟻搶地盤這類場合,生化武器能發揮實在的優勢。

本文沒有真實隱翅蟲的圖像,閱讀時不用擔心。

隱翅蟲毒液的用途之一:攻擊螞蟻。圖/參考資料 1

隱翅蟲的毒液包含毒素和溶劑兩部分,有意思的是,兩者是獨立生產;溶劑本身沒有毒,毒素單獨存在也沒多少毒性。兩者極為依賴彼此,生產線卻是獨立運作,此一狀況是怎麼形成的?一項新研究投入大筆資源,便探討其演化過程。

「毒」加「液」才有毒液

這項研究探討的隱翅蟲叫作 Dalotia coriaria,為求簡化,本文之後稱之為「隱翅蟲」。它的毒素並非導致隱翅蟲皮膚炎的隱翅蟲素 (pederin) ,切莫混淆。

隱翅蟲的毒液發射器位於背上,體節的 A6、A7 之間,這兒有部分表皮細胞特化成儲存囊壁,並分泌脂肪酸衍生物作為溶劑。而毒素為配備苯環的化學物質 benzoquinone(苯醌),簡稱 BQ;另有一群細胞專門生產 BQ,再運送到儲存囊,和其中的脂肪酸衍生物混合後形成毒液。

生產毒素和溶劑的細胞,是兩類完全不一樣的細胞,各有不同的演化歷史。隱翅蟲的祖先,沒有毒素也沒有溶劑,兩者都可謂演化上的創新 (novelty) 。

一類細胞製毒,另一類細胞產液,兩者合作才有毒液。圖/參考資料 1

論文將生產溶劑的細胞稱為「溶劑細胞」;分析成分得知溶劑總共有 4 種,是碳數介於 10 到 12 的脂肪酸衍生物。合成脂肪酸,本來就是各種生物的必備技能,但是溶劑細胞製作的脂肪酸衍生物,原料並非一般常見的脂肪酸。

脂肪酸的合成,都是以 2 個碳的基礎材料開始,作為類似 PCR 中引子 (primer) 的角色,然後由 FAS(全名 fatty acid synthase)這類酵素一次加上 2 個碳,2、4、6、8 碳一直加上去。人類的 FAS 通常會製作長度為 16 碳的棕櫚酸,昆蟲則會造出 14、16、18 碳的最終產物。

隱翅蟲的溶劑細胞中,脂肪酸衍生物只有 10 到 12 個碳,比 FAS 一般的產物更短。奇妙的是,這兒的脂肪酸並非由 14 或 16 個碳縮短而來,而是溶劑細胞內 FAS 的最終產物直接就是 12 個碳。

隱翅蟲毒液的組成物,碳鏈長度介於 10 到 12 個碳,4 種脂肪酸加工而成的衍生物作為溶劑;3 種 BQ 作為毒素。圖/參考資料 1

改造脂肪酸合成線路,製作溶劑

要闡明其中奧妙,必需先稍微認識昆蟲的脂肪酸合成系統。昆蟲有一群特殊的脂肪酸衍生物,稱為「表皮碳氫化合物(cuticular hydrocarbon,簡稱 CHC)」,具有防止水分散失、費洛蒙等作用。

表皮碳氫化合物多半由 oenocyte 所製造(類似人類的肝細胞),在 FAS 酵素催化形成 14 到 18 個碳長的脂肪酸以後,繼續由延長酶 (elongase) 增加長度,去飽和酶 (desaturase) 加上雙鍵,最後經過兩道尾端的還原手續,分別由 FAR(全名 fatty acyl-CoA reductase)和 CYP4G(全名 cytochrome p450 family 4 subfamily G)兩類酵素執行,產生通常介於 20 到 40 個碳長的產物。

隱翅蟲溶劑細胞和 oenocyte 的脂肪酸生產線的比較,兩邊多數酵素種類是重複的,但是每一類酵素都有好幾個,兩邊各自使用的酵素不一樣。圖/參考資料 1

隱翅蟲和其他昆蟲一樣,oenocyte 細胞內有完整的表皮碳氫化合物生產線,每一步驟的酵素一應俱全。比對可知,溶劑細胞內也有一條脂肪酸衍生物的產線,顯然是由表皮碳氫化合物的生產線改版而成。

隱翅蟲至少有 4 個 FAS 基因,3 個負責製作一般的脂肪酸和表皮碳氫化合物,只有一個特定的 FAS 參與溶劑生產,專職在溶劑細胞中大量表現,製造 12 碳的脂肪酸,最後也由 FAR 和 CYP4G 收尾形成衍生物。值得一提,已知產物長度為 12 碳的 FAS 酵素相當罕見。

溶劑細胞和表皮碳氫化合物的生產線,兩者都有 FAS、FAR、CYP4G 三類酵素,但是在溶劑細胞作用的三種酵素,都不管其他細胞的脂肪酸合成。除此之外,有時候還有另一種酵素 α-esterase 的參與。依靠這些專門在溶劑細胞工作的酵素們,隱翅蟲能生成 4 種溶劑。

溶劑細胞內,4 種脂肪酸衍生物的合成過程。acetyl-CoA 作為引子,由 FAS 以 malonyl-CoA 為材料,一次加上 2 個碳,再分別經還原酶或 α-esterase 加工。圖/參考資料 1

演化上,隱翅蟲並沒有捨棄原本的脂肪酸生產線,整套都還存在;相對地,隱翅蟲在少數特定細胞新增一條產線,不影響原本的重要部門。這是隱翅蟲在遺傳和細胞層次的演化創新。

改造粒線體代謝線路,生產毒素

類似的狀況,也在毒素生產線觀察到。隱翅蟲的毒素,也是由原本有重要功能的古老生產線,調整再改版而成。

論文將生產毒素的細胞稱為「BQ 細胞」,這部分沒有溶劑細胞了解的那麼詳盡,不過經由碳的穩定同位素追蹤,還是得知毒素原料來自食物中的氨基酸:酪胺酸 (tyrosine) ,經過一系列加工後形成 BQ。

這條生產線上有個關鍵酵素叫作 laccase,它一般的功能是參與 Coenzyme Q10,也就是 ubiquinone 的合成。這是粒線體有氧代謝中的重要成分,對生存不可或缺。和其他甲蟲相比,隱翅蟲多出一個 laccase 酵素,專門在 BQ 細胞表現,將 HQ (hydroquinone) 催化成 BQ 作為毒素。

由此看來,隱翅蟲祖先演化出溶劑和毒素的道理是一樣的。

溶劑方面,以舊的表皮碳氫化合物生產線為基底,改用多個新酵素基因,形成新的生產線。毒素方面,源自古老的粒線體代謝線路,同樣加入新的酵素基因,改版後變成毒素產線。兩者各自皆為遺傳與細胞層次的新玩意,合在一起則衍生出功能上的演化創新。

由粒線體代謝線路改版而成的 BQ 毒素生產線,有一個專職生產毒素的 laccase(Dmd)酵素參與。圖/參考資料 1

組合新功能,一步一步累積有利變異

這項研究有許多潛在的討論方向,有興趣的讀者可以自行鑽研。像是生物學研究者能估計所有實驗耗資多少,感受自己的微渺(例如為了分辨不同細胞的作用,論文使用大量昂貴的「單細胞轉錄組 single cell transcriptome」進行分析)。這邊只提兩點。

第一點有趣的問題是:隱翅蟲的溶劑和毒素要同時存在才有效果,可是演化上是哪個先出現呢?論文推測是溶劑細胞先出現。

假如只有 BQ 這類毒素存在,殺傷效果非常差(論文用果蠅幼蟲做實驗),但是溶劑細胞的產物,即使不作為 BQ 的溶劑,脂肪酸衍生物也可以有其他用途,像是潤滑油之類的,或是扮演別種物質的溶劑。

想來新的脂肪酸生產線比較可能先出現,扮演某些不是太重要的角色,接著再加入 BQ;毒素加上溶劑,兩者合體產生新的強大功能,脂肪酸生產線又由於獲得新功能而調整優化,最終形成現在的樣貌。

替隱翅蟲帶來優勢的毒液,由兩個原本獨立的部門組合而成。圖/參考資料 1

第二點有趣的是,這回發現產物為 12 碳的 FAS 酵素。乍看沒什麼,影響卻很關鍵。

FAS 這類酵素的差異,在於催化生成的脂肪酸最終產物有幾個碳(或是說,可以加到幾個碳那麼長);已知幾乎皆為 14、16、18 個碳,隱翅蟲的溶劑細胞表現的 FAS 卻是 12 個碳。好像只差一點,然而實際測試發現,脂肪酸衍生物超過 13 個碳,作為 BQ 溶劑的效果便會差一大截。

也就是說,隱翅蟲倘若沒有脂肪酸產物僅 12 碳長的 FAS,儘管仍然可以生成溶劑,毒性將弱化不少。由此推想,隱翅蟲如今威力強大的毒液,並非透過少數變化一次到位,而是逐漸累積有利變異的結果。

想得更遠一點,由兩種細胞合作衍生而成的毒液,可以視為由多種細胞合夥,複雜器官的最簡單版本。原本不相關的各式細胞們,持續累積一個一個微小的改變,也有機會組合發展成複雜的組織或器官。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evolutionary assembly of cooperating cell types in an animal chemical defense system.
  2. A beetle chemical defense gland offers clues about how complex organs evolve

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

所有討論 1
寒波_96
175 篇文章 ・ 672 位粉絲
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》。