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一生只為一人傳情,卻被誤解了 16 年的波溫蘇鐵象鼻蟲

蕭昀_96
・2020/10/25 ・3299字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

你可能體會過屁股開花,那有聽過「鐵樹開花」嗎?

所謂鐵樹,指的就是蘇鐵 (Cycads),繁殖期時結有鮮豔雌毬果和雄毬果,人工種植環境下往往多年才開一次花(毬果),因此鐵樹開花比喻事物罕見或極難實現。

蘇鐵是木本、雌雄異株且外型類似棕櫚的裸子植物,它們起源於二疊紀並且興盛於中生代,然而在開花植物興起後慢慢衰退淡出歷史舞臺,現生的蘇鐵分布於熱帶和亞熱帶區域,雖然有些種類被廣泛利用為田園造景,然而多數種類面臨著棲地破壞、非法交易和外來入侵物種的威脅,許多種類都名列 IUCN 的保育名錄中。

Cycas revoluta 是園藝造景中常見的蘇鐵種類之一。圖/Wikipedia

只在澳洲有!極其稀少的「美麗波溫蘇鐵」

澳洲是世界上主要的蘇鐵多樣性中心之一,擁有 4 個屬接近 90 個物種,其中波溫蘇鐵屬 (Bowenia) 外型特殊且珍貴稀有,目前地球只能看到兩個現存活生生的物種,相較於多數蘇鐵的棕櫚狀葉子,波溫蘇鐵的葉形渾圓,為僅產於澳洲的特有植物。

其中,美麗波溫蘇鐵 (Bowenia spectabilis) 是《瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約》 (CITES) 附錄的物種,保育重要性高,僅分布於北昆士蘭的熱帶雨林區,通常成群分布,植株間不會相隔太遠。

美麗波溫蘇鐵僅分布於北昆士蘭的熱帶雨林區,圖 A 為植株整體、圖 B 是雄毬果、圖 C 是雌毬果。圖/作者提供

專一且唯一的授粉者,像極了愛情

雖然蘇鐵過往長期被以為是藉由風媒傳播進行授粉,然而近年已證實蘇鐵是真真正正的蟲媒植物喔!

本文的主角——闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲 (Miltotranes prosternalis) 就是美麗波溫蘇鐵專一且唯一的授粉者。

授粉的機制大致上為:一年一度初夏的蘇鐵生殖期時,雌雄植株會各自生成毬果,雄毬果的小孢子葉組織富含養分,可吸引象鼻蟲進食、交配和產卵,是如同糖果屋一般的存在,若吃過一輪雄毬果小孢子葉而渾身沾滿花粉的象鼻蟲進入了雌毬果,則授粉過程水到渠成,像極了愛情

闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲 (Miltotranes prosternalis) 是美麗波溫蘇鐵專一且唯一的授粉昆蟲。
圖/作者提供

雌毬果雖然長的跟雄毬果類似,但其大孢子葉並不提供這樣的「糖果屋」功能,到底雌毬果是否靠著特殊的化學氣味「吸引」了象鼻蟲,還是藉由擬態雄毬果的外型和氣味來騙到走錯路的象鼻蟲,具體的授粉細節尚未明瞭

不管怎麼說,我們都能在野外觀察到有象鼻蟲造訪雌毬果,同時這些象鼻蟲也常常被發現沾滿了花粉。

飛往澳洲,踏上尋找象鼻蟲的征途

2019 年 10 月底,在我澳洲博班旅程的第三個學期末,有幸和所上同仁一同前往北昆士蘭雨林區域進行 14 天的採集,我也當了隨隊伙房兵兩周,體驗了衣食父母的辛苦(?)。

跟著筆者一起進入北昆士蘭雨林採集吧!圖/李韵攝。

在這趟野外採集中,我們針對了當地特有的美麗波溫蘇鐵與其專一授粉者闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲的生態進行了野外調查,並採集了一些幼蟲帶回實驗室進行飼養。

在本研究前的距今 16 年前,當我還在唱著「窗台蝴蝶像詩裡紛飛的美麗章節」及「不懂愛恨情愁煎熬的我們都以為相愛就像風雲的善變」的時候,詹姆士庫克大學的植物學家 Gary Wilson 發表了有關波溫蘇鐵系統學和相關生物學的碩士論文

翻出 16 年前的研究,戰起來!

在他的論文和期刊發表中,他提到波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲會在雄毬果內發育並化蛹,而在蘇鐵生殖季比較末期才出現的象鼻蟲幼蟲/蛹則會選擇在蘇鐵植株附近的表層介質進行休眠並再次活躍於次年的毬果繁殖期,而由於在北昆士蘭地區緊接著蘇鐵生殖季的是雨季,有著豐沛的降雨,他認為濕潤的介質是這些象鼻蟲幼蟲生存所需 (Wilson 2002a, b, 2004)。

然而在我們研究中,我們結合了實驗室內人工飼養的資料和野外觀察,我們重新對闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲的生態習性進行了釐清,並反駁了 Wilson 的觀點:

  • 問:波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲會在雄毬果內發育並化蛹嗎?
  • 答:我們認為不會,而是幼蟲會離開雄毬果並就地尋找適合的介質建造蛹室和化蛹。

教授你搞錯了,「這根本不是象鼻蟲!」

我們綜合三點反駁原觀點:

  1. 為該學者在論文中提供的照片根本就不是象鼻蟲,甚至不是甲蟲的蛹
  2. 經過人工飼養後,我們發現所有的幼蟲都可以在實驗人員提供的腐朽木質中化蛹並羽化。
  3. 在我們的採集中發現,雖然在小小的毬果裡可以發現超過十隻幼蟲進食,但成熟雄毬果分解、腐化的速度相當快(兩周),考慮了我們飼養時的蛹期(五周),不太可能在野外的毬果還有足夠的介質和空間可供幼蟲化蛹

因此,我們認為波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲在野外應該是就地尋找適合介質化蛹

地方博士生正在調查美麗波溫蘇鐵與波溫蘇鐵象鼻蟲的生態。圖/劉振華攝。
  • 問:波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲/蛹會在植株附近的表層介質進行休眠並再次活躍於次年的毬果繁殖期嗎?
  • 答:我們覺得不會,而是以成蟲形式度過蘇鐵繁殖季間期的。

我們依舊對這個論點進行了批判,首先,該學者提供在學位論文中的照片依舊鑑定錯誤,再者,我們此趟進行採集的區域中,不論是成熟或未成熟的植株附近表層介質都完全找不到所謂的休眠幼蟲或是蛹,而最終在我們的飼養中,所有的幼蟲都是按時羽化離開蛹室的,沒有任何的休眠。

雖然無法得知牠們在野外時細節上如何度過這段長達一年的蘇鐵繁殖季間期,是否有其他替代食物?或者能不吃不喝熬過去?

然而目前證據仍然較為支持波溫蘇鐵象鼻蟲在野外應該是以成蟲形式度過蘇鐵繁殖季間期的,這點在其近親澳蘇鐵象鼻蟲 (Tranes) 也已被觀察到。

野外採集需要眾人的協力合作,感謝每位野外工作同仁,因為拍合照的時候我在炒麵,所以拿了平底鍋出來XD(箭頭所指)。圖/作者提供
  • 問:波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲喜歡濕潤的環境條件嗎?
  • 答:我們仍然持否定觀點,認為通風、稍嫌乾燥的環境能讓蟲體順利存活。

在我們的飼養中已證實濕潤的介質會讓幼蟲焦躁不安過動而死亡,這點在我們針對近親澳蘇鐵象鼻蟲的飼養嘗試中,也發現類似的狀況,反倒是通風、稍嫌乾燥的環境能讓蟲體順利羽化。

尤其北昆士蘭雨林區在夏季時會大量降雨,在這樣的環境條件下,牠們真的會在幼蟲或蛹階段時利用休眠來度過這段潮濕期間嗎?

Wilson 的推論實在讓人難以信服,這樣的環境條件更支持了我們的推測,闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲比較有可能以成蟲樣貌來度過蘇鐵繁殖季

我們的人工飼養發現,所有的波溫蘇鐵象鼻蟲幼蟲都在我們提供的腐朽木質中化蛹並羽化,並且沒有觀察到任何的蛹期或幼蟲休眠現象。圖/原文研究

本研究除了增進了闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲這個獨特的澳洲蘇鐵專一授粉者的認識外,我們所提出的飼育方法也有助於未來對近緣類群進行飼養以取得更進一步的生物學資訊,本論文已線上刊載於日本昆蟲學會的期刊「昆蟲學科學 (Entomological Science) 」。

參考資料

  1. Wilson, GW. 2002a. Focus on Bowenia spectabilis Hook. Ex Hook. Encephalartos 70, 10–14. 
  2. Wilson, GW. 2002b. Insect pollination in the cycad genus Bowenia Hook. ex Hook. f. (Stangeriaceae). Biotropica 34, 438–441. 
  3. Wilson, GW. 2004. The biology and systematics of Bowenia Hook ex. Hook f. (Stangeriaceae: Bowenioideae) (Masters (Research) Thesis). James Cook University, Cairns
  4. 原文研究:Hsiao, Y. Oberprieler, R.G. 2020. Bionomics and rearing of Miltotranes prosternalis (Lea, 1929) (Coleoptera: Curculionidae), a mutualistic cycad pollinator in Australia. Entomological Science 23: 369–373. doi: 10.1111/ens.12434.

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蕭昀_96
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澳洲國立大學生物學研究院和聯邦科學與工業研究組織─澳洲國立昆蟲標本館聯合培養博士生,國立臺灣大學昆蟲學系學士,中研院臺灣生命大百科(TaiEOL)編輯人員、泛科學專欄作者,曾任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 。因為攻讀博士所以持續焦慮中。


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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》