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避免物種消失-保種中心捍衛生物多樣性

人間福報_96
・2012/09/19 ・2046字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

文/郭士榛

隨地球氣候與生態環境巨幅變遷,許多物種正逐漸消失,甚至滅絕。近年來,各國政府或科學、環保組織,紛紛展開保存物種計畫,期能盡力降低物種消失的危機。

2007年台灣成立「財團法人辜嚴倬雲植物保種暨環境保護發展基金會」,推動保種中心營運,並由清華大學生命科學系教授李家維擔任保種中心執行長。

短短六年,「辜嚴倬雲植物保種中心」成了世界第一的熱帶植物保種中心,目前收藏20785種各式熱帶植物;保種中心在第一期的五年計畫中,已蒐集共十六大科植物,包括蘭科、薑科、芭蕉科、赫蕉科、竹芋科、棕櫚科、天南星科、鳳梨科、山茶科、蘿摩科等。

李家維指出,這些熱帶植物都是來自世界各地,有些是民眾無私捐贈,或保種中心低價購買來,也有專人到各地蒐集,或向植物園交換來的。

在保種中心十六個植物類群中,其中有四類是世界最豐富的科類:蘭科最多6718種、秋海棠714種、蕨類植物1507種、鳳梨科則是1903種。李家維舉例國人熟悉的鳳梨科在世界就有三千種,只有一種生長非洲,其他分布在中南美洲,只有一種可吃,因為有人在照顧,其他種不結果肉,但鳳梨附生在樹上結雨水成「水杯」,扮演調節生態角色,使得動物可不落地仍能生活;可是由於亂砍,使樹上「水杯」落地,鳳梨活不了,動物無處可棲身,物種快速減少。

保種中心也收藏許多稀有的秋海棠,李家維表示,不少種是分布在狹小的環境,像是廣西石灰岩、山區洞穴中,有世界獨一無二的秋海棠。因為洞穴及石灰岩特種地質及氣候,形成艱困環境,使其他植物難生存,自然演化出不同的物種。但隨環境開發,山洞被彌平,物種漸消失,雖然地球原生物秋海棠科現發表1500種,也許還有300~500種存在,只是未被發現,但李家維憂心,現有物種消失太快速,未來變化難測。

保種中心在物種保護方法上,因植物來自世界各地,會隨植物特性做不同的保護,雖然這些植物都生長在熱帶或亞熱帶,但像秋海棠長在海拔較高區,因此中心量身打造「水牆花房」,用水降溫,使環境涼爽;其他像是光的強暗、風量大小及溼度高低等,都會因應每種植物特性做安置,李家維指出,為永續此計畫,雖不能全部植物都量身打造生長環境,但都盡可能打造出讓植物可勉強適應的環境。

除了熱帶、亞熱帶植物外,保種中心也收集沙漠多肉類植物3664種,保種方法就需強光、少水、排水系統好的特性。全球植物六成以上集中在熱帶雨林,而這些植物的種子並不適合低溫及乾燥的保存環境,如棕櫚科植物的種子,落下來一個月、甚至幾天內不種植就會壞死。因此李家維認為,要想保存熱帶植物種源,建立植物園進行「異地保種」,是唯一選擇。

這幾年,保種中心規模大了,有人希望開放觀光收門票、有人提議蓋實驗室創造營收,全被李家維一口回絕,他鐵了心只做一件事:蒐集、照顧植物。他表示,保種中心成立五年,有很多團體申請參觀,做校外教學或觀摩,都被無情婉拒,保種中心是一個不對外開放的保種基地,主要怕病蟲害被帶進去。

李家維意識到,他的任務就是「與時間賽跑」。李家維下一階段目標,就是繁殖這些保育物種,進行「複份」,然後在台灣各地廣設展場,除可降低保存風險,也讓大眾有親近它們的可能。

打造植物方舟 建立生態保育意識

長得比一個人頭還大的林投果、植物的葉子比家中窗框還大,以及各種香蕉,類似這些在台灣罕見的熱帶雨林植物,將於九月十四日起,在台北華山文創園區紅磚六合院內,預定以常設方式呈現。

負責策展的李家維表示,會選擇華山文創園區做為對外開放展出的場地,因為「生態保育和環境變遷危機問題,影響最大的是年輕人,如果不能及早認識這類危機,他們往後日子可能很苦,會束手無策。」因此當他知道華山文創園區,這幾年發展有吸引力,又是年輕人喜歡聚集之地,可直接將保種觀念傳遞給年輕人。尤其紅磚區是個寬大無阻礙的空間更讓李家維心動,「這些熱帶雨林植物配合典雅建築空間,會更顯出其特性。」

最後李家維和華山文創園區董事長王榮文達成協議,就在華山紅磚區打造熱帶植物展區,展覽名稱定名為「花草雨林」,李家維不諱言,在華山栽植熱帶植物會有許多困難,像是「溫度、溼度、亮度及病蟲害,工作人員會憑經驗克服。」李家維說,展場內晚上開亮燈行光合作用,白天暗光讓植物休眠,生活晝夜顛倒,植物會放在適當的罩子中,也會有噴霧設施保持溼度。

展出的植物有些已在野外瀕臨滅絕,在世界剩下沒幾棵,李家維指出,工作人員會盡全力照顧,希望參觀民眾只要用看不要觸摸。王榮文也表示,展場內會把植物高掛在空中,而下方的場地,仍可做展覽等其他活動,甚至考量做生意,主要是讓熱帶雨林在文創園區內,也可發揮文創價值。

深度閱讀

書名:台灣民族植物圖鑑

作者:鍾明哲、楊智凱
出版社:晨星
出版日期:2012年05月11日
書名:植物Q&A
作者:鄭元春
繪者:林麗琪
出版社:天下文化
出版日期:2008年08月19日


原文發表於人間福報


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相關標籤: 保種中心 保育
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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

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