蝴蝶效應看一隻蝴蝶動個翅膀看會不會引起大災難，那我到海裡游個兩圈總不會影響地球暖化吧？其實，是有那麼點關連哦！
過去研究指出，當浮游性生物們一大群出動時，它們整體造成的水流擾動效果可能相當大。可是這些力量大致在表層海水就散開了，没機會動到下面的海水。達爾文的孫子（物理學家，也叫Charles Darwin）在五十多年前觀察到當一個物體游過水層，就算它不會亂踢擺尾，還是會造成可觀的水體移動。一則刊登Nature的研究指出，海洋中四處游走的眾多生物可以造成相當可觀的水流。根據由研究團隊拍攝水母得到的資料推算，海洋生物趴趴走時提供的力量總和與其它機械力的貢獻是同一個等級的，也就是說，這些柔軟的生物對海洋循環的貢獻是不輸給大浪或著海風的！
Kakani Katija & John O. Dabiri. 2009.
A viscosity-enhanced mechanism for biogenic ocean mixing.
Nature 460, 624-626.
文章來源：30.6kj
人腦的神經運作向來難倒大批科學家，因為人腦擁有一千億個神經元，百億條以上的神經連結。如此錯綜複雜，就像打結成一團的毛線球，究竟該從哪邊開始解？這時，就要使出研究學者通用的訣竅——化繁為簡，越複雜的問題，就用越簡單的雛型為思考出發點。
因此，一群學者發現了一個「極簡風」的研究雛型——水母，那透明小巧的身軀，再結合特殊工具，讓牠們每條神經都發光。在我們的視野下，水母的神經「坦誠相見」，接著發現了很多有趣的現象……欲知詳情，就繼續給他看下去！
一般研究人類疾病的實驗室採用的實驗動物（也稱模式生物）無非是小鼠、黑猩猩、豬，因為這些動物與人類的親緣關係較近，生理機制也較為雷同。然而，為何研究神經系統，要拿與人類親緣關係一點都不近的水母來研究呢？研究學者對此給出解釋：一部分的學者認為所有生物的神經系統可能共享同一個神經科學原理，因此為了深入調查這個「共享通則」，相較於其他生物，水母小巧好操作，軀體透明好觀察。
最重要的是，牠體內的神經分布不像人腦如毛線球般集中在身體的某個部位，而是像一張漁網一樣「分散式」地遍佈全身，而這樣的神經系統優勢就在於即便將牠身體的一小部分獨立分離出來，這一部分仍能正常運行，例如網路火紅的迷因「歸剛欸」水母（影片一），即便水母的嘴被分離了，但這張「獨立的」嘴還是可以正常進食的呦！
相形之下，人類神經細胞一旦離開人體就非常脆弱，在培養皿中一定要有足夠的營養才能支撐它存活（相信養過人類神經細胞的朋朋們一定懂當中辛酸）。因此，綜合操作難易度、觀察便利性、神經細胞的生存韌性，水母可說是作為研究神經系統模式生物的不二人選。另外，還有一個有趣的點即是水母沒有大腦、心、肺，那它究竟是如何進食的呢？以下揭曉答案！
早期為了研究水母的神經，通常採用單一神經元電生理紀錄（single-unit electrophysiological recordings），透過一個微小細尖的微電極靠在細胞膜附近，以記錄神經元產生的動作電位變化，但是這個方法只能看到單一神經元的狀態，而當水母在做出反應、活動時，都是由好幾個神經細胞們一同作用產生的，所以這個方法可說是見樹不見林，缺乏整體系統性的觀察。
因此科學家們又發明出了一個新方法——基因轉殖水母，要施展這個方法的第一步就是尋覓合適的研究主角，因此他們找到一種名為 Clytia hemisphaerica （圖一）的水螅綱水母，牠擁有嬌小體積（直徑約 1 釐米），且生命週期短，也擁有完整的基因定序，在實驗室操作的便利性極高，可謂是命定首選。
其中， Clytia hemisphaerica 還有更吸引人的一點，即是在進食時，其特定神經元會釋放一種特別的肽 RFamide（RFa）。為了追蹤這種肽如何影響水母的神經活動，一群學者決定將能發出紅螢光的 mCherry 基因質體（plasmid）與 Tol2 轉位酶（Tol2 transposase）[1]顯微注射入大量的水母受精卵當中，以便追蹤身體每一處細胞的位置，並挑選能夠強烈表現出紅螢光基因的受精卵，進而將牠們培養成成體（初代，F0）。這些成體會再跟牠們的親代進行雜交，透過遺傳的方式產生穩定表現轉殖基因的子代（F1），並讓這些子代維持無性繁殖，以維持基因表現的穩定性。
除了在質體上裝載能讓細胞發紅光的 mCherry，學者也會在質體中放入特定基因，讓子代水母表現此種基因，並觀察此基因對水母進食行為帶來的影響。另外，若要探討神經動作電位，鈣離子的流動狀態一定是不可或缺的電位傳導指標，因此學者也會在質體中加入 GCaMP 這類鈣離子指示劑（calcium indicator）的基因[2]，以追蹤後續水母在進行任何反應時神經細胞內鈣離子的濃度。當研究對象、研究工具都準備好了，就是學者大展身手的時刻啦！
水母的神經細胞並非每個都會釋放 RFamide，而是在特定的神經才會產生 RFamide （以下稱這些神經元為 RFa⁺ neuron），而這些 RFa⁺ neuron 分布在水母的神經網（nerve net）、嘴、神經環（nerve rings）及觸手，尤其在神經網的所有神經中約 80% 都是 RFa⁺ neuron，神經網也是 RFa⁺ neuron 最多的地方。學者透過免疫螢光染色發現 RFa⁺ neuron 會與連接放射狀肌纖維神經軸突結節（varicosities）相連而跟著形成放射狀。相較之下，不會產生 RFamide 的 RFa⁻ neuron 則是較為害羞的傢伙，神經元較小，缺乏明確的放射方向。由此可明顯看出，掌握水母行為的主導權主要落在 RFa⁺ neuron 身上，所以學者準備玩轉（殖）這個 RFa⁺ neuron，並進行以下兩種操作：
學者為了消除水母體內的 RFa⁺ neuron ，特地在水母的 RFa⁺ 神經細胞中轉殖了硝基還原酶（nitroreductase, NTR）基因，硝基還原酶就像是遙控炸彈，當把這些轉殖基因水母浸泡在甲硝唑（metronidazole, MTZ）溶液（炸彈引爆器）中，便會使帶有硝基還原酶基因的 RFa⁺ 神經細胞產生細胞毒性而死亡，而 RFa⁻ neuron 不會受到影響。
當學者「炸」掉了水母的 RFa⁺ 神經細胞後，發現牠們捕捉獵物和進食能力變差了，不管是食物誘導或是用蝦提取物的化學誘導，水母的觸手完全無法抓取獵物，也無法摺疊身體將食物餵進其口腔內，但周遭肌肉功能正常，且水母仍能正常游泳和蜷縮。然而再將此類水母的下傘面（subumbrella）局部肌肉注入 RFamide，則會使局部肌肉收縮及邊緣傘面折疊。由此可知，水母的獵捕和進食能力主要還是得靠 RFamide 的力量。
為了追蹤水母體內的 RFa⁺ neuron 活動，學者另外也將一群水母的 RFa⁺ neuron 轉殖入鈣離子指示劑 GCaMP6s 基因及紅螢光 mCherry 基因，並將這群水母放入一個小空間，讓他們自然游動，或是將牠們包埋在瓊脂糖凝膠（agarose）中，並攤開牠們的傘狀結構，以便捕捉稍縱即逝的電傳導訊號。
學者將獵物蝦子放在水母身體周遭，發現水母起初最靠近蝦子的一側觸手會先產生電訊號，而這個電訊號會從水母身體邊界傳導至嘴巴，而且整個電訊號路徑會呈現扇形區域（如圖三），接著 RFamide 便會使這個扇形區域的肌肉收縮，讓觸手直接被向內折疊到嘴巴的位置，然後把蝦子吃掉。
以上操作，讓科學家們更了解沒有大腦的水母們究竟是如何進食，也發現 RFamide 對水母們來說「肽」重要了！水母在地球上存在了 5 億多年，卻可以透過如此單一的神經傳導機制生存至今，不過……揪斗！或許，這個發現也可能只是冰山一角；或許，透過水母的神經研究的成果能帶給學者更多對於人腦神經運作的發想，就讓學者邁向這條偉大的航道，去挖掘神經科學中更多的奧秘吧！
世上動物千奇百怪，如果要找一個共同點，那應該就是──幾乎所有的動物都需要呼吸。
我們這裡要談的「呼吸」，是呼吸運動，也就是吸入氧氣、排出二氧化碳的動作。一提到這個動作，身為人類的你，或許下意識就會想到肺臟、鼻子等等部位。綜觀動物界，在不同的演化脈絡下，動物們賴以呼吸的構造真可說是無奇不有，就連肺臟、鼻孔本身也可能會有各種不同的形態。
現在，就讓我們來看看那些奇妙的呼吸器官吧！
「媽媽說鼻子長才是漂亮～～」大象（象科 Elephantidae）身上最惹眼的部分就是鼻子了！象鼻是牠們賴以聞嗅味道和呼吸的部位，除此之外，它相當靈巧，舉凡取水、拿東西、攜帶物品等等，象鼻都能做到。
除了長長的鼻子之外，大象的呼吸構造裡還有一個特殊之處：牠們是目前已知沒有胸膜腔 (Pleural cavity) 的哺乳類動物！
我們人類賴以呼吸的肺臟緊密包覆著一層臟層胸膜 (pulmonary pleurae)，會與包覆著胸腔壁內面的壁層胸膜 (parietal pleura) 組成一個很狹小的空間，就是胸膜腔。內部填充有液體潤滑，可避免臟器和胸壁摩擦損傷。
一般我們呼吸的時候，會由肌肉改變胸腔的空間，製造肺部與外在大氣的壓力差，才能夠吸氣或呼氣：當肺內的壓力大於大氣壓力，則會呼氣；而當肺內的壓力小於大氣壓力，則會吸氣。而夾在此之間的胸膜腔，多數時間會維持一定程度的負壓，讓主要由皮膜組織及彈性纖維組成的肺不致塌縮。所謂的「氣胸」就是胸膜受到破壞，使得胸膜腔無法維持負壓，連帶使著肺部塌縮的胸腔疾病。另外，胸腔膜的壓力當然會隨著呼吸而有所變化。
然而，大象的胸膜腔裡，充滿了許多疏鬆的結締組織──也就是說，原本的「腔」不復存在。該怎麼解釋大象沒有胸膜腔呢？
有個假說認為，這可能跟大象使用長鼻子來「浮潛」有關連。當牠們游泳時，可以將長鼻子舉出水面來呼吸──這是個稍微熟悉大象的人都不意外的畫面。但是成年大象高度可達至少三、四公尺，當游泳使用鼻子呼吸，或是，鼻子端大氣的壓力與位在水下肺部的壓力差距會非常巨大，這時薄薄胸膜腔可能就會頂不住啦，而胸膜腔內的結締組織就有強化的功能。
海豚（海豚科 Delphinidae）雖然多數生活在海中，少數生活在大河大江中，不過牠們可沒有魚類的鰓，而是用肺呼吸的哺乳類動物。
海豚是從陸生哺乳動物演化而來的，真要說起親緣關係，比起魚類，牠們反而更接近河馬等偶蹄類動物。
大約五千萬年前的始新世時期，陸生哺乳類開始進入水中，在這個過程中，牠們為了適應環境，在形態上產生諸多的改變。為了順利在水中游泳，牠們後肢逐漸退化，形成背鰭及尾鰭，體表變得光滑，身體也變得較偏向流線型。
而海豚的鼻孔更是位移到了頭頂，成為「呼吸孔」，以便在水面呼吸、換氣。此外，為了不讓自己嗆到，海豚的呼吸孔附近還有由肌肉與結締組織形成的鼻栓 (nasal plug)，可以將孔緊閉。鯨魚海豚頭頂的呼吸孔是比較接近鼻孔的構造，因此有些卡通裡會出現鯨魚海豚從嘴裡吸入海水，由呼吸孔噴出海水的情節，在真實世界不大可能出現。
水母是一種無脊椎動物，分類上屬於刺胞動物門 (Cnidaria)。從熱帶、溫帶到淡水區，世界各地的水域都找得到水母的蹤影。牠們的外型多呈現鐘型或者傘狀，構造簡單，體內有超過九成都是水，但沒有肺或鰓。
既然沒有肺或腮，牠們又要怎麼呼吸呢？方式很單純，就是透過擴散作用讓氧氣進出細胞膜。
水母的外表傘蓋的組織相當薄透（想想你吃過的海蜇皮），其中分為外層的表皮層 (epidermis) 和內層的胃皮層 (gastrodermis)，兩層之間再夾著一種彈性膠狀物質，又輕又薄的狀態更方便外層組織和海水交換氧氣和二氧化碳。
牡蠣 （牡蠣科 Ostreidae）的殼有二枚，形狀相當不規則，左殼比右殼大一點。牠們大多棲息在淺海或潮間帶，以左殼固著在物體上，無法自由移動，所以終其一生只能待在原處開開合合，進行呼吸、攝食、生殖、排泄等等行為。
大多數的雙殼綱，殼的頂部有縫可以流通海水，並且在吸排海水的過程中呼吸。牡蠣並不像蛤蜊一樣自備出、入水管，牠們只有腮腔和腮上腔。牡蠣的鰓分左右各一對的內外鰓，上與唇瓣 (labial palps) 相連，下與外套膜 (mantle) 相接，構成一個腔室，水從鰓流入鰓腔及鰓上腔，在過程中進行氣體交換藉以呼吸、獲得氧氣。
雖然說都是呼吸，但生活在不同地方的生物用的方式卻大不相同，需要根據所在地來大顯神通，除了上述介紹的動物，你知不知道什麼其他特別的呼吸方式呢？
無毒不丈夫、最毒婦人心，這些性別偏見的說法太不政治正確了！不過說起毒液，很多動物才是擁有大規模殺傷性化學武器的專家。雖然還沒一朝被蛇咬過，所以不必十年怕草繩，只有某晚上床睡覺時感到怪怪的，才驚覺原來是隻約半尺長的蜈蚣差點伴我入眠。
在馬來西亞念高中時，實驗課趁老師不注意，偷偷溜去學校食堂買零食，沒想到誘人的零食居然暗藏陷阱，讓我被蠍子螫到了中指，傷口立即紫黑一圈，接下來幾天被迫比著腫脹肥大的中指示人。
碩士班時我研究蜜蜂磁場感應，在校園裡養箱蜜蜂是很合理的。即使平時戴頭罩，開蜂箱時噴煙霧，偶爾還是有一、兩隻蜜蜂飛進頭罩裡，臉頰、鼻孔、耳朵、嘴脣都被叮過，更甭提手腳。
有幾次嘴脣被叮得超痛就算了，還腫得像香腸一樣，害我幾天不敢出門⋯⋯但最近讀了本好書《攀樹人：從剛果到祕魯，一個BBC生態攝影師在樹梢上的探險筆記》（The Man Who Climbs Trees），看到作者詹姆斯．艾爾德里德（James Aldred）被毒蜂和子彈蟻叮咬到七葷八素、生不如死，才知道原來我的經驗真是小菜一碟（請參見〈攀樹人的生態大探險〉）。
海洋是孕育生命的最初場所，悠久的演化史讓毒特物種更多也更毒。
小學時，班上有幾位不良同學曠課到當時仍乾淨的海邊遊泳，還沒回學校就被嚴懲了：他們被水母螫傷，手腳都有比鞭刑更慘的傷口，一道道發炎紅腫，省了家長和老師的藤鞭伺候。觀看他們的傷口讓我很好奇被水母螫傷是什麼滋味，不過老爸在越南下龍灣釣魷魚時居然把水母釣上甲板，我們全家還是以最快速度逃離現場。
高中畢業旅行，在馬來西亞風光明媚的小島海邊玩水，導遊嚴正警告我們千萬要注意別被海膽刺到腳，要不然會立刻痛到尿失禁。果然就有幾位白人遊客中招刺到，已經非常白皙的面容更顯慘白和扭曲，令人印象極為深刻，害我都不敢去游泳。
但不是所有毒特物種都很可怕，海蛇的毒雖然沒解藥、很快令人命喪黃泉，可是到蘭嶼旅行觀賞海蛇可是必要行程，浮潛時常常能看到海蛇在旁邊游過，晚上導遊還帶我們到海邊摸海蛇。原來海蛇雖身懷巨毒，可是溫馴得很，而且牙齒也頗鈍，除非感覺生命受到威脅而死命咬，否則不會刺進皮膚，也不會輕易釋放毒液。
二○一六年夏天，我參加了在澳洲黃金海岸召開的分子生物學及演化學會年會，晚宴上主持人滔滔不絕地介紹澳洲的各種毒特物種。毒特物種似乎令澳洲人引以為傲──好吧，至少生物學家是如此。
但是被好可愛、看來很無害的雄鴨嘴獸的刺螫到，那就不是痛幾天或幾週就能善罷甘休的，據說要徹夜難眠地痛上好幾個月，標準的痛不欲生；澳洲海裡還有一種芋螺，看來毫不起眼，可是只要伸出觸手碰到獵物，就能立即擊殺，成人不小心被咬一口，也會去見閻羅王。
他們不斷天花亂墜地秀出澳洲各種毒特物種，例如刺魟、南棘蛇、箱水母、藍圈章魚、蜘蛛等等，似乎全澳洲都被牠們攻占到無處不在。毒液對生物學家確實有毒特的魅力，而且還有很多精采絕倫的故事。
要談這些毒液的優異毒家報導，非這本《毒特物種：從致命武器到救命解藥，看有毒生物如何成為地球上最出色的生化魔術師》（Venomous: How Earth’s Deadliest Creatures Mastered Biochemistry）莫屬！作者克莉絲蒂．威爾科克斯（Christie Wilcox）特立毒行地談了好多種毒液的毒具匠心，各種毒特物種在她的生花妙筆下毒來毒往，真的是毒開生面。
以上我談了好多個人經驗，其實生物學的很多研究，就是從這些對周遭事物和個人經驗所產生的好奇。
威爾科克斯小時候在夏威夷邂逅了僧帽水母，雖然疼痛卻讓她著迷。後來捉蛇、玩水母海葵是家常便飯，讀博士班時乾脆研究起毒液的分子合作過程，對象是有毒的獅子魚。
我們之間有很多人，包括不少生物學家，都懼怕毒特物種，這是人類與生俱來的天性，我母校美國加州大學戴維斯分校（University of California, Davis）的人類學家琳恩．伊斯貝爾（Lynne Isbell），甚至提出蛇可能是人類具有大腦袋的演化驅力來源。那些無視毒特物種的古早人類，很不幸地提早領了達爾文獎（Darwin Awards）：
讓自己愚蠢的基因不再自由地傳播出去。
因此，害怕毒特物種一點也不可恥，反而是愛與毒特物種打交道的人常被視為怪咖。威爾科克斯訪問了不少毒液科學家，雖然天天驚心動魄地和蛇蠍等毒特物種打交道，他們不但一丁點也不惡毒，她還認為他們是全世界最開放、最迷人、最令人興奮的一群。
台灣也有不少毒特物種，例如毒蛇就沒這麼好惹，被眼鏡蛇咬傷會讓組織壞死，令人怵目驚心！台灣的蛇毒研究也是世界頂尖，有興趣的朋友可以參閱楊玉齡和羅時成合著的《台灣蛇毒傳奇：台灣科學史上輝煌的一頁》一書，見識台灣早期在資源不足且技術遠遠落後的情況下，先輩科學家如何克難且勇敢地開創新局。
各種毒液的研究大多是受好奇心的驅使才開始，後來卻讓我們能有工具來了解細胞生物學、生理學和神經生物學上的重要機制，許多毒液的關鍵成分後來被發現具有治療勃起功能障礙、癲癇、心臟病、糖尿病、自體免疫疾病和癌症等多種疾病的功效。
身為分子生物學家，威爾科克斯也提到抗毒液體學（antivenomics）這門新興學科，目標在於用最尖端的免疫學與分子生物學技術來純化抗毒素。她討論了從人體各種毒液的生物化學和神經學作用到所謂的自我免疫者，例如蛇的飼主進行的實驗，不擇手段地在自己身上注射毒液以增強免疫力，防範遭受心愛的寵物攻擊致死；她也提到許多利用毒液謀害他人的故事。
這本書幾乎把地球上所有毒特物種一網打盡，我讀了才知道，原來被藍圈章魚給吻上一口是會致命的。有趣的是，毒液不僅令人疼痛或直接一命嗚呼而已，有些甚至能控制其他動物的心智與行為，所以在印度有人用蛇毒來嗨翻天──有錢人購買價格不菲的乾燥蛇毒，窮人去蛇窟讓蛇咬一咬，這真是令人大開眼界。
不過回到最初談到的，這些毒液都是動物為求防衛或果腹演化而來，實在無可厚非，而且這些毒液所費不貲，製作合成的代價不低。在現代社會，人類真的因為毒液而不治身亡的還是極少數──如果和車禍及觸電相比的話；在美國，槍械之下的亡魂恐怕多得太多。因此，我們不需要對毒特物種過分地恐懼。
儘管很重要，我們對毒特物種的毒門絕活了解得其實仍有限。在人類不斷破壞環境下，對這些動物而言，毒液已不足以自保，在許多生物醫學應用開發出來前，可能連基礎生物學的知識都沒法從牠們身上取得。所以，該輪到我們人類發揮善意，否則就真是蛇蠍不如了。
本文為《毒特物種：從致命武器到救命解藥，看有毒生物如何成為地球上最出色的生化魔術師》（Venomous: How Earth’s Deadliest Creatures Mastered Biochemistry）導讀
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