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古生物微藻,減碳能力比綠樹高20 倍

人間福報_96
・2012/08/07 ・1633字 ・閱讀時間約 3 分鐘

文/羅智華

藻類也能用來發展綠色能源嗎?成功大學化工系特聘教授張嘉修結合成大生物科技中心、化學系、交通大學、高雄海洋科大組成跨領域團隊投入「微藻科技」研究,成功研發出直接吸收工業廢氣中二氧化碳的微藻養殖系統,發展潛力不但可觀,更申請多項專利,未來將可作為綠色生質能源「生力軍」。

歐美這幾年加緊腳步投入大豆、玉米等生質能源研發,以開發替代能源。而國際之所以如此積極的關係正是因為能源枯竭情況日益嚴重。從每天出門搭乘的大眾交通工具,到我們穿的衣服、甚至每天洗澡少不了的天然氣,在普羅大眾日常生活中,食衣住行幾乎已跟石化燃料息息相關,尤其工業革命之後,人類對石油、天然氣的依賴更與日俱增。但,再普及的能源也終有枯竭的一天,能源專家就預估,如果我們消耗能源的速度不變,三十年後,世界上許多大型油田就將面臨原油枯竭窘況。

除了能源危機引發國際關注外,更令環保團體擔心的是二氧化碳帶來的溫室效應與全球暖化,聯合國政府間氣候變遷小組(簡稱IPCC)也對此提出警告,20 世紀地表均溫已比過去增加0.6 度,若人類不趕緊防患於未然,暖化情況將有增無減,屆時冰山融化速度將愈來愈快,低窪國家民眾更可能成為第一波「氣候難民」。有鑑於此,成大團隊才會嘗試用微藻來發展生質能源,希望能為環保助上一臂之力。

「微藻是地球上最古老的生物之一,甚至比三葉蟲出現得還早」張嘉修表示,微藻屬於水生單細胞藻類,能有效率利用光能進行光合作用,早在三十五億年前就已出現在地球上,因此又有「古生物」的稱號。

除了生存年代久遠,最讓科學家吃驚的是它們的減碳能力,由於微藻須靠著光合作用才能存活下去,而二氧化碳更是微藻進行光合作用時最重要的要素之一,因此微藻邊行使光合作用時就能邊發揮降低二氧化碳的效果。根據統計,若要產生1 Kg的微藻,過程中得吸收1.6至2.0 Kg的二氧化碳,吸碳效率比一般陸地上的綠色植物要高出二十倍以上,可謂是生物界中的「減碳高手」。

張嘉修表示,正因微藻減碳成效不容小覷,也讓團隊發想出可利用工業廢氣排放的二氧化碳來培養微藻,藉此達一舉兩得功效。於是團隊與中鋼公司進行產學合作,在中鋼建置一套微藻養殖系統,利用中鋼所排放的高爐煙道氣來進行微藻養殖,並將所生產的微藻作為原料,藉此建立微藻生質柴油生產與技術平台,開發出微藻減碳與生質能源的生產技術。

養殖微藻需陽光30~37°最佳

張嘉修表示,相較於生質能源,一般人熟知的太陽能、風力、水力等再生能源,雖然也很環保,但卻容易受到陰天、風力不足等氣候影響,而反觀生質能源則具有受天氣影響較小的優勢,還能運用稻稈或有機廢水、玉米大豆等多元物質來開發生質能源。不只如此,生質能源還可透過多種形式產出,以「生質氫氣」為例來說,就可直接經由液化或儲氫材料來進行貯存,亦可透過燃料電池來轉化成電力,讓使用上更方便。

「南台灣的豔陽天很適合用來作為微藻的培養環境,」張嘉修表示,微藻喜歡生長在攝氏30度至37度的溫度環境中,經過團隊的深入研究後,更進一步培植後出可耐40度高溫的微藻,正好適合一年日照時數可達兩千小時以上的南台灣氣候,可說是「天時」與「地利」集一身,再加上「科技之力」,正好提供養殖微藻的最佳環境。

除了具降低二氧化碳的功能外,團隊表示,微藻更富含油脂、碳水化合物、蛋白質等許多高經濟價值的物質,可將這些物質轉化成生質燃料,從中製造出生質柴油與生質酒精等,還能攝取微藻的營養成分與綠藻萃出物,開發成健康食品與水產養殖飼料、化妝保養品等,讓微藻發揮一物多用的效果。

深度閱讀:

書名:千金難買藻知道─神奇的微藻

作者:闕鴻達

出版社:大康

出版日期:2011年08月10日

書名:認識綠色能源

作者:李育明

出版社:新自然主義

出版日期:2007年12月28日

原發表於人間福報

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人間福報每周五與你一起《遇見科學》

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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