0

0
0

文字

分享

0
0
0

渥巴染上身,安能辨我是雄雌?

陳俊堯
・2008/01/26 ・1080字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

圖片來源:AJC1@flickr

對昆蟲來說,性別決定除了由性染色體調控之外,還有許多因素,例如:溫度、曝光週期、族群密度、位置等等,但是你有聽過被細菌所調控性別的表現嗎?    

寬邊黃粉蝶(Eurema hecabe)的卵在被兩種不同品系的沃巴赫氏菌(Wolbachia)感染後,雄性的卵會發育表現出雌性的外表型。為了要研究到底沃巴赫氏菌的感染是何時、如何使雄性寬邊黃粉蝶雌性化(feminized),研究人員就分別自不同齡的若蟲開始持續餵食加入抗生素的糖水水溶液。結果發現餵食抗生素給一齡若蟲,會導致成蟲出現「跨性特徵」(sexually intermediate traits)。但隨著開始給予抗生素的時間點越晚,發生跨性特徵的情形就越少,由此可知使寬邊黃粉蝶雌性化的沃巴赫氏菌是在早期幼蟲時施展它的本領,並且從早期幼蟲開始就不斷扮演著維持著表現雌性外表型的角色。   

除了跨性特徵的現象,早期幼蟲服用抗生素後,有很大的機率在蛹期時死亡。經過檢測,死亡的蛹感染沃巴赫氏菌的感染濃度通常低於正常羽化的個體,可以看出沃巴赫氏菌在宿主中還可以提供某種機能使宿主順利羽化。因此被以抗生素處裡的幼蟲所結的蛹會死可以被認為是一種 Wolbachia -mediated addiction。昆蟲起初不需要這個共生菌,可是一但被感染,昆蟲就得依賴沃巴赫氏菌調控機制才能順利長大。   

另外研究人員對已感染沃巴赫氏菌的寬邊黃粉蝶雌性成蟲餵食抗生素後,再讓它和未感染沃巴赫氏菌的雄性交配,結果產下的子代全部都是雄性,因為被雌性化的這些雌蟲基因型還是雄性的ZZ,產生的卵基因型也為ZZ,和正常雄性(ZZ)交配所產生的子代必然為雄性。   

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然這個實驗無法完全闡明沃巴赫氏菌影響昆蟲性別表現的機制,但是也發現了不少因為感染沃巴赫氏菌而產生的現象,提供的一些繼續探討可以切入的方向。    

作者:李長亭, 生科95級   

名詞解釋:

  • 跨性特徵(Sexually intermediate traits):個體的性別外表型同時具有部份雌性及部份雄性的特徵
  • 雌性化(Feminize):使基因型為雄性的個體表現出雌性的外表
  • Wolbachia -mediated addiction :昆蟲對於 Wolbachia 產生依賴性,缺乏 Wolbachia的個體就不能存活或成功繁衍後代

研究原文:Satoko Narita, Daisuke Kageyama, Masashi Nomura, and Takema Fukatsu. Unexpected mechanism of symbiont-induced reversal of insect sex: feminizing Wolbachia continuously acts on the butterfly Eurema hecabe during larval development. Appl. Environ. Microbiol. 2007 73: 4332-4341.

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章來源:30.6kj
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
陳俊堯
108 篇文章 ・ 22 位粉絲
慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

0

0
1

文字

分享

0
0
1
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
253 篇文章 ・ 322 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

0
0

文字

分享

0
0
0
基因不是命運:你的生活習慣正在改寫身體劇本
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/11/10 ・3597字 ・閱讀時間約 7 分鐘

同卵雙胞胎共用同一套基因,理論上是世界上最相似的兩個人。然而步入中年後,卻一位發福、一位精瘦,罹患的疾病也大相徑庭。如果命運真的寫在基因裡,這樣的現象該怎麼解釋?

國立陽明交通大學生物醫學資訊研究所吳俊穎講座教授,長年透過健保與臨床大數據研究腸道菌。他的答案要從常被當成廢棄物的「糞便」說起。糞便裡住著數以兆計的微生物,正日夜改寫我們的身體劇本;而改寫劇本的筆,有一大半握在每個人每天的飲食、睡眠、運動和壓力管理上。

腸道是人體最大的微生物棲地,數以兆計的微生物與人體共生,共同影響代謝、免疫及健康狀態,因此被視為人體的「第二套基因組」。(圖片提供:Shutterstock)

體內微觀共生 主宰健康的第二套基因組

大眾習慣將人體視為獨立的單一生物體,吳俊穎講座教授卻提醒,這個傳統視角遺漏數量龐大的體內共生者。從口腔、腸道、皮膚到泌尿道,每處與外界接觸的界面都築滿了微生物巢穴。科學家將這群龐大的微生物聚落及其代謝產物統稱為「微菌叢」(Microbiota),成員涵蓋細菌、病毒、真菌與古菌。

人類自身約有25,000個基因,但光是腸道細菌所攜帶的基因便超過300萬個,足足是人體的100倍以上。換言之,在我們身上真正屬於人類的遺傳密碼僅佔1%,其餘99%的基因訊息都源自這群共生夥伴。因此在科學上,腸道微菌叢又被稱為人體的「第二套基因組」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這套基因組的守備範圍遠不止於消化。它不僅調控代謝表現,更上達大腦牽動情緒與退化性病變,甚至與皮膚病、癌症、自閉症及骨質疏鬆症密切相關。近年愈來愈多研究指出,人體健康並非僅由自身基因決定,微菌叢、飲食、生活型態及其他環境因素皆扮演重要角色。過去醫學界強調「環境與基因交互作用」,如今更認為微菌叢是連結環境因子與人體生理反應的重要媒介。

這也解開同卵雙胞胎的體質謎題。不論是喝水就胖、怎麼吃依舊清瘦,抑或是癌症化療效果的個體差異,過去科學家試圖用基因差異解釋屢屢碰壁。隨著研究持續累積,愈來愈多證據顯示,所謂的體質,很大程度上取決於每個人身上獨一無二的菌叢生態。

一項經典研究找到4對BMI相差10以上的同卵雙胞胎,將肥胖者的糞便微菌叢植入無菌小鼠體內,小鼠隨即發胖;反之,植入精瘦者的菌叢,小鼠則維持輕盈。這項研究顯示,腸道微菌叢可能是影響體重的重要因素之一。類似實證也出現在癌症免疫療法,當研究者將療效顯著者的糞便菌叢植入反應不佳的患者體內後,後者的抗癌療效竟然隨之提升。

這套菌叢並非一成不變,而是先天基因與後天環境長期拉鋸、動態平衡的產物。我們吃下的每口食物、服下的每顆藥丸,都是形塑這座微觀生態系的環境因子。如果說先天基因是父母給予的劇本大綱,微菌叢就是天天被生活重新改寫的分場劇本。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

菌叢快速變化 飲食牽動微觀生態

這場劇本的改寫究竟有多快?數據相當驚人。連續服用3天抗生素,體內的菌叢生態就會面臨大洗牌;同樣地,連續3天採取極低熱量飲食,或將肉食為主的菜單改成全蔬食,3天內腸道菌相就大不同。對繁殖一代僅需數十分鐘的細菌而言,3天已足足跨越了數千個世代。大眾總以為身體的改變需要長年累積,但對體內這座微觀城市來說,一個週末的放縱或自律,就足以讓菌叢生態出現明顯變化。

在所有後天因子中,影響菌叢最大的莫過於飲食。吳俊穎講座教授特別點出臺灣年輕世代的健康隱憂:手搖飲。含糖手搖飲多半添加高濃度的果糖糖漿,然而人體小腸對果糖的吸收能力有限,攝取過量時,部分果糖可能一路進入大腸,成為特定腸道菌利用的能量來源。他強調,以相同的熱量來看,這類在製造過程中額外添加的游離糖對菌叢的負面衝擊遠比脂肪更顯著。此外,運動與藥物同樣是改寫劇本的筆:個體愈年輕時濫用抗生素,被撲殺的好菌就愈多;反之,規律運動則能養出有益的菌種。

更引人入勝的是,這支改寫劇本的筆具有雙向回饋機制。2019年發表於國際醫學期刊《Nature Medicine》的研究發現,馬拉松跑者體內有較多的「非典型韋榮氏球菌」(Veillonella atypica),餵食給無菌小鼠後,小鼠的運動耐力顯著提升。研究推測,這類菌種能利用運動後產生的乳酸,進而有助於提升運動表現。換言之,生活習慣形塑了菌叢,而菌叢又會回頭影響我們的體能、肌肉質量,乃至於高齡時期的肌少症與行動力。

這套劇本具備高度可塑性,既是危機也是轉機。令人憂心的是,有些崩毀的情節一旦改寫便覆水難收。吳俊穎講座教授以亞馬遜雨林作比喻:「豐富的生態系若遭逢百年大旱,某些物種會徹底滅絕,即便雨季再度降臨,失去的生命也無法復返。」生醫研究證實,個體變胖時所流失的某些關鍵菌株,在成功減重後並不會自發性地長回來,這正是許多人陷入「溜溜球效應」快速復胖的菌相根源。此外,研究也發現,母親的腸道菌叢可能因代謝狀態、飲食等因素而改變,進而影響新生兒早期腸道菌叢的建立。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

所幸,只要特定菌株尚未步入「功能性滅絕」,這套劇本便保留了回頭的契機。正如雨林中耐旱與喜歡水的植物會隨著枯水期和雨季交替而此消彼長,菌叢的多數變異皆屬於這種比例上的波動,而非永久性消失;只要長期堅守健康的飲食、規律運動與正常作息,失衡的腸道微生態依然有機會撥亂反正,慢慢恢復往日的榮景。

飲食、藥物、壓力、感染及生活習慣,都可能影響腸道菌叢組成;由於腸道菌更新速度快,菌相甚至可能在短短數天內出現明顯變化。(圖片提供:Shutterstock)

日常抉擇走向生醫臨床 古老黃龍湯到活菌生藥

除了透過健康生活來「養菌」,當體內生態崩解時,現代醫學更發展出主動「以菌治病」的前瞻技術。這項思維在歷史中早有端倪,如4世紀東晉葛洪的《肘後備急方》記載以糞汁治病;6世紀更成為供權臣服用的「黃龍湯」。古人不知其所以然,現代則憑藉基因定序技術解密,過去人類基因組定序需耗費十餘國近10年,如今高達300萬個腸道菌基因,僅需1天即可完成。

隨著技術成熟,糞便正式蛻變為先進療法。2013年,《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)發表首個隨機對照臨床試驗,證實將健康者糞便菌叢植入病人腸道的「糞菌植入治療」(FMT),能有效治療困難梭菌感染,也開啟後續臨床研究與應用的發展。

吳俊穎講座教授特別釐清3個常被混淆的名詞:一是從發酵食物中分離的「傳統益生菌」,因多長在高氧環境,極難在厭氧的腸道定居,療效未獲證實,定位屬於食品;二是直接從腸道篩選、再行培養的「次世代益生菌」,雖較能適應體內環境,卻仍未取得藥效認可;唯有通過臨床試驗、確認實質療效的「活菌生藥」(LBP),才算真正的藥物。美國FDA已核准兩款這類藥物,臺灣也在2023年集結日本、新加坡、澳洲與馬來西亞等國專家共同成立「亞太微菌聯盟」,並於2025年發表專家共識,將其視為新一代生醫焦點。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

吳俊穎講座教授指出,活菌生藥的關鍵在於菌叢具備在地性:「歐美明星減重微菌『艾克曼菌』,換到臺灣人身上效果未必顯著,這就像把寒帶植物移栽至熱帶,極易水土不服。」這意味著臺灣必須從本土或東亞區域中篩選,培養出更契合國人體質的在地菌種。

正因菌叢天天隨生活習慣波動,未來的健康管理可將其視為「可動態調控的儀表板」。同樣血糖偏高的病患,有人靠運動控制得宜,有人卻不見起色;若能先觀測個體的菌叢型態與身體反應,就能量身建議誰該採取高纖飲食、誰更適合有氧運動,或是誰使用瘦瘦針的效果更佳。基因難以更動,菌叢卻有著無數種調校的可能,這正是微生物學最迷人之處。

回到最初的懸念:如果命運真的寫在基因裡,那群走上不同健康分水嶺的同卵雙胞胎該如何解釋?吳俊穎講座教授笑說,基因決定我們拿到哪一本劇本大綱,但每一天的分場戲怎麼演,始終掌握在自己手裡。一頓營養均衡的餐食、一次規律的運動、一晚踏實的好眠,都在悄悄改寫體內這座微觀城市的命運。步入特定年紀後,我們要為自己的健康負責,而最踏實的負責方式,就藏在那些聽來老套卻無比管用的日常選擇裡。

資料來源

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 專訪國立陽明交通大學生物醫學資訊研究所吳俊穎講座教授
  2. Scheiman, J., Luber, J. M., Chavkin, T. A., MacDonald, T., Tung, A., Pham, L. D., Wibowo, M. C., Wurth, R. C., Punthambaker, S., Tierney, B. T., Yang, Z., Hattab, M. W., Avila-Pacheco, J., Clish, C. B., Lessard, S., Church, G. M., & Kostic, A. D. (2019). Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nature Medicine, 25(7), 1104–1109.
  3. van Nood, E., Vrieze, A., Nieuwdorp, M., Fuentes, S., Zoetendal, E. G., de Vos, W. M., Visser, C. E., Kuijper, E. J., Bartelsman, J. F. W. M., Tijssen, J. G. P., Speelman, P., Dijkgraaf, M. G. W., & Keller, J. J. (2013). Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile infection. The New England Journal of Medicine, 368(5), 407–415.

原文連結:https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=ef2986d4-448d-4201-9267-55f5d3f12e80

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
253 篇文章 ・ 322 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

4
0

文字

分享

0
4
0
露兜樹象鼻蟲的身世之考察——分類學家偵探事件簿(四)
蕭昀_96
・2023/12/25 ・3950字 ・閱讀時間約 8 分鐘

一般大眾或甚至其他領域生物學家們,對於基礎生物分類學家的刻板印象,無非是常常在顯微鏡下進行形態解剖比較來鑑定物種、描述並發表新物種,或者常常東跑西跑去採集標本,頂多是抽取遺傳物質進行 DNA 分析。然而一位稱職的分類學家,為了搞清楚物種學名的分類地位,將整個命名系統修訂成一個穩定並適合大家使用的狀態,往往需要做大量的歷史文獻,造訪各大博物館並進行模式標本考察,其中的繁瑣和複雜程度,往往令人出乎意料。

再讓我們複習一次模式標本是什麼和其重要性?

如果有閱覽過這系列的文章便會很清楚的知道,模式標本是物種發表時的實體存證,是學者對分類地位有疑慮時,用以判別的客觀證據。每個物種都有其模式標本,而每個屬也有其模式物種,是判定該屬別的決定性物種,模式種和模式標本是進行物種與屬別層級的基礎分類研究時,不可或缺的重要資訊。

這個故事的主角是一類來自南亞和東南亞的露兜樹象鼻蟲,本文將講述其模式標本和背後歷史脈絡的考察,以及我們對於分類處理過程的案例分享。

分布於南亞、東南亞的露兜樹象鼻蟲和研究緣起

露兜樹科(Pandanus)為分布於東半球的亞熱帶及熱帶地區的灌木或喬木植物,其中林投(Pandanus tectorius)具有抗風、耐鹽的特性,是常見的海岸防風定砂植物,而俗稱斑蘭葉(pandan)的七葉蘭(Pandanus amaryllifolius),則是東南亞常見的料理與糕點製作材料,而南亞和東南亞的露兜樹上棲息著一群黑色扁平的小型象鼻蟲——露兜樹象鼻蟲(Lyterius)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
露兜樹是東半球的亞熱帶及熱帶地區的灌木或喬木植物。(攝/B.navez from Wikipedia)
小小扁扁的露兜樹象鼻蟲(Lyterius)是與露兜樹有伴生關係的特別物種。(圖/論文原文)

而故事的緣起可追溯到 2022 年,當時筆者正在澳洲進行博士論文題目「澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的多樣性與演化」的研究,我們意外地發現澳洲的蘇鐵授粉象鼻蟲與東南亞產的露兜樹象鼻蟲親緣關係接近,因此我們便想進一步探究本類群的分類。在我們初步搜索模式標本時,我們驚奇地發現德國象鼻蟲學者延斯・普雷納博士 Dr. Jens Prena 似乎曾經有研究過這類象鼻蟲,出於好奇,我們聯繫了普雷納博士,進而開啟了本類群錯綜複雜的分類歷史考察之旅。

露兜樹象鼻蟲分類研究的現存問題

首先露兜樹象鼻蟲的分類問題分成兩個面向,一個是屬別層級的,而另一個是物種層級的。屬別層級的問題比較簡單,我們發現露兜樹象鼻蟲屬有三個相關的屬別,分別為 Lyterius Schönherr, 1844、Barisoma Motschulsky, 1863 和 Plaxes Pascoe, 1885,根據牠們形態的相似性和地理分布的重疊,我們認為牠們應該被合併成單一屬別,也就是說只要我們確認三個屬別的模式種都是屬於同一個屬別後,那自然我們就能依照優先權原則,把 1863 年發表的 Barisoma 和 1885 年發表的 Plaxes 處理為最早發表的 Lyterius 的同物異名。

但是!分類學研究最困難的就是這個但是!

我們雖然追蹤到 Barisoma 和 Plaxes 的模式種和其模式標本,但是 Lyterius 的模式種問題,卻將這個研究的難度拉向了另一個層面——也就是物種層級的問題。

模式標本來源和流向超級複雜的 Lyterius

Lyterius 這個屬別是由瑞典昆蟲學家卡爾・約翰・舍恩赫爾(Carl Johan Schönherr)於 1844 年所提出,並以 Rhynchaenus musculus Fabricius, 1802,這個 1802 年由丹麥昆蟲學家約翰・克里斯蒂安・法布里丘斯(Johan Christian Fabricius )所發表的種類作為模式物種。他的合作對象瑞典昆蟲學家卡爾・亨利克・博赫曼(Carl Henrik Boheman)也在同一本書中使用了 Lyterius musculus (Fabricius, 1802) 這個學名組合,同時他將德國昆蟲學家弗里德里希・韋伯(Friedrich Weber)在 1802 年所描述的 Curculio abdominalis Weber, 1801 也拉進這個屬別,學名組合變成 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) ,並且描述一個菲律賓的新物種 Lyterius instabilis Boheman in Schönherr, 1844 。這其中最為複雜難解的,便是 Lyterius musculus (Fabricius, 1802) 和 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) 之間的關係了,因為這兩個物種的模式標本來源,都源自於達戈貝爾特・達爾多夫 Dagobert Karl von Daldorff 這位在俄羅斯出生,擁有德裔血統的丹麥博物學家,在 18 世紀末葉任職丹麥東印度公司時,於 1795 年在蘇門答臘的一次採集。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
除了我們常常聽到的荷蘭、英國東印度公司,丹麥也曾經創立了東印度公司。(攝/Wikipedia)

根據我們對於 19 世紀初期的歐洲甲蟲分類歷史文獻的爬梳,達爾多夫在蘇門答臘的標本被帶回歐洲後,應該至少被他贈與或交換給五位學者或機構,而這五位學者就包含剛剛提到的德國昆蟲學家弗里德里希・韋伯(Friedrich Weber),以及丹麥昆蟲學家約翰・克里斯蒂安・法布里丘斯(Johan Christian Fabricius),這兩位顯然同時對這批標本進行分類學研究。

令人存疑的 Lyterius abdominalis 和 Lyterius musculus

因此第一個疑點就是,韋伯和法布里丘斯分別在 1801 年和 1802 年用達爾多夫所採集的同一批蘇門答臘象鼻蟲標本,發表了後來在 1844 年被博赫曼放在同一個屬別的物種 Lyterius abdominalis 和 Lyterius musculus,這讓人很難不懷疑,這兩個名字會不會根本就是同一個物種,這在當年資訊不流通、分類研究還很粗淺的年代,是非常容易發生的事情。

而支持這樣想法的關鍵則有二,首先德國昆蟲學家約翰・卡爾・威廉・伊利格(Johann Karl Wilhelm Illiger)其實在 1805 年的著作中,就已經提出這兩個物種是同一個物種的論點了,然而這項分類處理卻被博赫曼在 1844 年的著作中,不明地忽略了。雖然博赫曼不小心遺漏了伊利格的分類處理,他卻也在看過兩種的模式標本後,在他那 1844 年的著作中,提出了兩個物種只不過是同一個物種的雄蟲和雌蟲的猜想,然而因為他手邊就只有兩隻標本,一隻是雄的 Lyterius abdominalis ,一隻是雌的 Lyterius musculus ,因此他無法下這個決定情有可原,而我們如今已經知道露兜樹象鼻蟲有很明顯的雌雄二形性,雄蟲的口喙比較短,且足部的前腳腿節有明顯的突起,博赫曼的猜想不證自明。

總而言之,從上述的歷史文獻爬梳,我們可以從

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 韋伯和法布里丘斯研究的都是同一批蘇門答臘採集的標本
  2. 同時代的伊利格和後來的博赫曼都直接或間接的認為 Lyterius abdominalis 和 Lyterius musculus 是同一個物種

來推斷,這兩個種類很有可能是同一個種類!

瑞典昆蟲學家卡爾・亨利克・博赫曼。(攝/Wikipedia)

找不到模式標本啊!

在爬梳大量文獻後,我們同時也造訪歐陸各大標本蒐藏去尋找這些物種的模式標本下落。我們很幸運的在德國基爾的動物學博物館找到兩隻 Lyterius musculus 的總/群模式標本。然而,在尋找 Lyterius abdominalis 模式標本的過程中卻碰了壁,不管是文獻還是實際探訪,幾乎都找不到韋伯收藏的下落,韋伯所發表的模式標本有極大的可能已經遺失了,那要怎麼辦呢?

分類學家的決策

雖然沒辦法找到 Lyterius abdominalis 的模式標本,然而我們從以上的間接證據,可以合理相信 Lyterius abdominalis 和 Lyterius musculus 就是同一個物種。為了最適當的處理分類議題,穩定整個分類命名系統。我們使用了一個技術性的分類學處理,首先我們指定了 Lyterius musculus 的選模式標本,並且我們將「這一個」標本,再次的指定為 Lyterius abdominalis 的新模式標本,這個時候,這兩個學名便產生了動物命名法規上所謂的「客觀同物異名(objective synonym)」關係,相較於分類學家自行主觀認定的同物異名(主觀同物異名 subjective synonym ),客觀同物異名指的是用同一個標本發表不同學名的狀況,這樣這兩個名字無庸置疑的是同物異名關係,只有最早被發表的名字有優先權,因此我們的 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) 獲得了優先被使用的地位,也成為露兜樹象鼻蟲屬的模式種。經由這一波操作,我們確立了 Lyterius 的模式和包含的物種,也因此我們終於能進一步處理剛剛提到的 Barisoma 和 Plaxes 的同物異名,最後我們可以大聲的說:露兜樹象鼻蟲屬的學名是 Lyterius Schönherr, 1844 !

番外篇的 Plaxes 模式標本調查

另外一方面,我們在調查 Plaxes 的模式標本時,也發現到其模式種 Plaxes impar Pascoe, 1885 的總/群模式標本散落在英國倫敦自然史博物館、德國柏林自然史博物館、德國德勒斯登森肯堡博物館、義大利熱拿亞自然史博物館、澳洲國立昆蟲館,幾乎涵蓋了半個地球。這些標本可以分為來自婆羅洲砂拉越和蘇門答臘的標本,採自砂拉越的標本無疑是一個獨立的物種,我們也指定砂拉越的總/群模式標本為本種選模式標本。而來自蘇門答臘的標本,無獨有偶地都和 Lyterius abdominalis 是同一個物種,顯然這個物種在蘇門答臘當地是個常見的物種,這又再次加強我們上面提到的,達爾多夫所採集的同一批蘇門答臘象鼻蟲標本應該就只有一種露兜樹象鼻蟲的推測。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這個研究重新梳理了露兜樹象鼻蟲的分類歷史並考察了歷史文獻和模式標本,最終作出了適宜的分類學處理,為亞洲地區的象鼻蟲研究推進了一步。

  • 本論文日前已經線上刊載於《動物分類群 Zootaxa 》
  • 此文響應 PanSci 「自己的研究自己分享」,以增進眾人對基礎科學研究的了解。

參考資料

  • Prena, J., Hsiao, Y., Oberprieler, R.G. (2023) New combinations and synonymies in the weevil genus Lyterius Schönherr (Coleoptera, Curculionidae), with a conspectus of historical works on Daldorff’s Sumatran beetles. Zootaxa 5380(1): 26-36. https://doi.org/10.11646/zootaxa.5380.1.2
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
蕭昀_96
22 篇文章 ・ 17 位粉絲
現任國立中興大學昆蟲學系助理教授,澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,曾任國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員、科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。
繁 简