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以時間換取觀念,一段三十年的保育之路——臺灣海洋大學海洋生物研究所程一駿專訪

科技大觀園_96
・2021/06/16 ・2761字 ・閱讀時間約 5 分鐘

你曾經看過海龜誤食吸管的照片嗎?一張張令人卒不忍睹的影像,不僅作為廢棄塑料傷害海龜的證據,也促使大眾正視「海洋廢棄物」的污染議題,並且逐漸帶起民間自發的「減塑」運動,捲起一股環保的新風潮。

海洋垃圾問題日益嚴重。圖/pixabay

誤食塑膠垃圾的海龜,為我們帶來有力的減塑熱情,然而,我們對海龜以及海廢的理解卻不見得有相對應的知識。例如,海龜在生態系中扮演什麽角色?海洋廢棄物對海龜、生態的影響究竟有多少?我們該如何對症下藥?又如何從海龜保育議題窺見整個海洋生態的危機?因此,泛科學訪問了長年被稱為「海龜之父」的國立臺灣海洋大學海洋生物研究所的程一駿教授,請他向我們介紹海龜,以及分享近三十年來推動海龜保育的心路歷程,以及海龜作為「領航物種」,在海洋生態議題上的影響。

海龜有什麼特別之處?儘管常被描繪成親和、可愛的形象,程一駿笑說,以生物學的立場來說,海龜其實是三億年前與恐龍同時出現在地球上,海洋中最大的爬蟲類動物!作為演化上的成功者,它有非常多的故事可以探索,並且最重要的是,「現在要看恐龍一定要到博物館去看,可是海龜這麼古老的海洋爬蟲類動物,就在你面前游來游去!」

不過,我們如今要見到海龜,卻也不再是那麼容易的事了。

我們對愈來愈稀少的海龜有什麼了解?圖/pexels

無法醫治的「腸套疊」

程一駿教授說明,海龜面臨的其實是多重的生存危機,包括遭人類食用、漁船混貨,以及誤食海洋廢棄物、吸收重金屬、不敵日益劇烈的氣候變遷等等。針對海洋廢棄物,他也特別解釋,由於海龜喉嚨具有防止逆流的機制,如果吞食的食物沒有順利通過,往往會直接卡在身體中導致死亡;此外,海龜如果吞進去硬鉤子,甚至會將腸道往後拉扯,形成「腸套疊」,如果海龜有了腸套疊,往往等待牠們的,就只有死亡的命運。

然而,教授也說明,儘管高達八成的活或是死的海龜都會吞食垃圾,但是針對已死的海龜做解剖,腸胃道中最多僅有兩成的物質是垃圾,「我們很難說海洋廢棄物對海龜的死亡有直接影響,只能說會因為吞食垃圾導致它感覺不到飢餓,從而讓海龜不進食正常食物而造成脫水、尿酸升高,以及影響其他的生化指標。」不過,他也指出,即使醫師可以開通腸劑讓海龜排出誤食的廢棄物,但由於海龜的蠕動速度較慢,重工業、太陽能製程中所排出的重金屬,還是會遭身體吸收,促使海龜生病。

不算太差,但也不是太好的台灣海洋

程一駿也向我們解釋,台灣的海岸事實上並沒有我們想像得那麼髒。如果跟全世界相比,只是算是「不太好,也沒有太差」他以巴西的里約熱內盧為例,那裡的河流是見不到水,只能看到垃圾在漂,甚至出現「糞結石」—生物糞便裡都是人造廢棄物。「垃圾議題在台灣已經被過度渲染,我們不否認海龜會吃到垃圾,也不否認垃圾是個問題,但我們把老鼠誇飾成老虎,就有點搞錯了」 程一駿說道,一旁的助理也向我們補充,中國沒有規範污水處理,直接將含鎳的污水排入海洋,相較之下,台灣海龜的鎳含量其實相對較低。

談生態保育太無聊,藉由海龜引起大眾注意

教授也談起海龜對於生態的重要性,以台灣的綠蠵龜為例,它以海草為主食,只要它常常啃食海草,就會長出新鮮嫩苗,讓其他生物有得吃,促使整個生態系蓬勃運轉;相反地,一旦綠蠵龜消失,海草細胞壁變硬、變老草,而在沒有生物想吃的情況下,許多物種便會搬家,造成生態系不穩定。

海龜以海草為主食,間接也維持了生態系的平衡。圖/pixabay

有趣的是,海龜也扮演「領航性物種」的角色,「領航性物種」是指推動保育工作時,藉由特定物種引發大眾共鳴,進而讓保育工作能順利進行。程一駿打趣說,「很少人懂生態系那麼複雜的東西,但是大家都會同意要保護海龜、海豚」,他解釋,海龜就如同受人喜愛的海豚一樣,得以利用人的情感投射,去推動海洋生態保育、環境保護法案與企業贊助等等,讓各方社會力注入生態領域。

源於學生論文的海龜保育之路

至於程一駿與海龜的淵源,則必須要從指導學生的論文講起。程一駿回憶道,民國 81 年,台灣還處在開發至上的氛圍之中,除了少數學者在推動生態保育之外,民間少有保育的觀念,殺龜、賣龜,甚至將龜殼當作手工藝飾品,都是常見不過的事。那時候,程一駿剛回國,準備繼續研究理論生態,卻沒想到,指導的學生想要研究海龜,而自己會為了挽救將被開發破壞的海龜棲地,從此栽入保育海龜的三十年實踐道路。

程一駿帶領的團隊以學生為主,在暑假時會前往澎湖望安、台東蘭嶼、屏東小琉球,每天晚上七點到凌晨七點,時時跟著海龜作息,觀察、紀錄海龜的所有行為。至於平常,學生們則是帶海龜看病、野放—以及領回海龜的屍體。

除了面臨生離死別之外,最無力的也許是推動保育時面臨的困境,「我們是會做學問,卻不會做人」,提及此,程一駿無奈地說,以劃設保護區為例,並不是一條法令下來就得以成事,最主要處理的仍舊是人與人之間的關係:遇到地方上利益衝突的時候,如何協調、折衝?遇到族群文化的衝擊時,保育與文化又該如何互相對話?

另外,政府對於生態保育缺乏重視,也讓程一駿頗感力不從心,「做這一行的人本來就會遇到很多困難,只是外國政府會願意做保育工作者的後盾,台灣相對來說就比較不重視這塊。」所幸,遭遇的種種挫折並沒有打敗老師及團隊。程一駿與我們分享,近三十年來,他其實是以時間換取觀念—「你在街上宣講,十個人可能有一個人願意回頭看一下,一百個人可能會有一個人願意聽你談話」,面對「做保育有用嗎?」的質疑,程一駿與學生們相信滴水穿石的功夫,「這也是我為什麽還待在教育領域的緣故,希望把知識傳遞給下一代,只有這樣,下一代才會繼續進行有環境意識的實踐。」

參考資料

  1. 程一駿是最執著的「龜」教授
  2. 溫馴海龜是生物界活化石 和恐龍同時期
  3. 【上報人物】幫「新住龜」開光找岸 台灣最強龜仙人程一駿(上)
  4. 【海龜之父程一駿】遊客無法擋! 「保育不能只關在學術象牙塔裡」(下)

 

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蝴蝶翅膀的夢幻色澤,藏著奈米科技

李鍾旻_96
・2021/07/27 ・2930字 ・閱讀時間約 6 分鐘

在昆蟲中,色彩鮮豔又顯眼的物種往往使人著迷,尤其蝴蝶向來是相當受人喜愛的一群昆蟲。一般人見到蝴蝶時,目光肯定會集中在牠們那五彩繽紛的翅膀。

蝴蝶的翅膀表面布滿著無數的鱗片,每一個鱗片的長度大約介於 50 ~ 200 微米之間(1 微米 = 0.001 公釐)。不同種類的蝴蝶,鱗片的形態也會有所差異,但共通點都是非常容易脫落。

包含蝴蝶的鱗片在內,昆蟲身上呈現出來的許多色彩,是由天然色素所構成,這稱作「色素色」(化學色)。但也有部分顏色屬於「構造色」(或稱物理色、結構色),與體表結構的物理性質有關。

結構賦予的幻紫湛藍

構造色通常由週期性排列的微觀結構,如小突起、溝紋等所造就,這些結構使光線產生反射、干涉、繞射等光學效應,而讓特定波長的光被保留了下來。

構造色並常伴隨著「炫彩」特性,也就是色彩光澤會隨著人眼觀看角度的不同而出現些微變化,讓一隻昆蟲顯得璀璨閃耀。有些蝴蝶在展翅時,會呈現出類似金屬、珍珠般的光亮質感,這類特徵往往便是源自構造色。(註:炫彩(iridescent),也常被譯作「虹彩」、「虹光」)

中南美洲叢林中的「閃蝶」Morpho,又稱摩爾福蝶)是構造色相當有名的例子。閃蝶的藍色翅膀鮮豔奪目,質感宛如珠寶,因此身價不凡,是眾多標本收藏家愛不釋手的珍品。

英國自然史博物館收藏的黑框藍閃蝶(Morpho helenor peleides)標本。圖/作者提供

閃蝶翅膀呈現金屬藍色,然而翅表面的鱗片並沒有藍色色素,這樣的炫目的色澤歸功於鱗片上奈米尺度的多層次塔狀結構。當陽光映照在鱗片時,部分光線可能會直接被反射,有些光線則穿過部分結構,接著被底下層次的結構反射,而許多被反射的光線,彼此還可能發生交互作用。最終,鱗片的這些微結構反射了大部分藍色光芒,使得翅表面呈現明亮耀眼的金屬質感。

File:Morpho sulkowskyi wings.jpg
閃蝶鱗片上的細微塔狀結構,其表面又有層層的溝紋與脊起,這是讓光線產生變化的主要因素。圖/Wikipedia

鱗片已經非常的小,當然鱗片上的結構是我們人類肉眼所看不到的,所以科學家在探究這些構造時,必須透過電子顯微鏡才得以一窺究竟。

拿現實生活中的物品來比喻,可以說閃蝶體表閃耀的色澤,性質有些類似 CD 光碟片的表面。光碟片在光線下會顯現七彩的光澤,而這些光澤是光碟表面細小微妙的溝槽造成的繞射效果。

不同角度下的大藍閃蝶(Morpho didius)標本,可見其金屬光澤會隨光照的來源有所變化。圖/作者提供

在台灣的我們,除了博物館裡才有機會目睹的閃蝶,有沒有什麼活生生的例子可以讓我們一窺構造色呢?常見的「紫斑蝶」Euploea),就是很好的觀察對象。牠們不只是數量多,同時又是蝴蝶中動作較為緩慢的種類,因此要近距離接觸牠們並不難。

紫斑蝶前翅背面雖然呈黯淡的褐色,但當牠們展翅時,這些鱗片在陽光下會散發出藍色至藍紫色的絢麗色彩,並且顏色深淺隨著角度的變化非常明顯。這同樣是由於光線照射在鱗片表面的物理結構,反射了特定波長光線的緣故。

圓翅紫斑蝶(Euploea eunice hobsoni)一身深褐色的鱗片平時看似不起眼,但翅背面在陽光下會轉變為鮮豔的藍紫色。圖/作者提供

其實不只是成蟲,構造色也可見於紫斑蝶的蛹。紫斑蝶的蛹呈亮麗金黃色或銀色,炫彩極為明顯,這是由於表皮底下層層排列的薄膜狀結構,對光線產生了影響。

當然,構造色的形式還存在許多昆蟲身上,常見的幻蛺蝶Hypolimnas bolina kezia)、蘭嶼的珠光裳鳳蝶Troides magellanus)都是構造色相當鮮明的例子。一些金屬質感的吉丁蟲、金龜子、灰蝶,其華麗的外觀往往也與構造色脫不了關係。

圓翅紫斑蝶的翅在某些角度下光澤不明顯。圖/作者提供

這一身醒目的光澤,對昆蟲而言可能帶有警告的意味,因為許多鮮豔明亮的昆蟲有毒,或嚐起來具有特殊臭味。日光下閃爍的炫彩也可能具有隱蔽的效果,或者與同種個體間的辨識溝通有關。

圓翅紫斑蝶的蛹,外觀質感如同金屬。圖/作者提供

似白非白的鱗片

我們可能常常直覺的把構造色與光亮的炫彩畫上等號,事實上在大自然裡,生物的構造色不見得都是如此。

我們在平地或山區都有機會見到,分布範圍相當廣的白粉蝶Pieris rapae),身上其實也具有大片的構造色,但我們在牠身上看不到光輝的炫彩現象。

白粉蝶的翅膀,有局部的鱗片具有黑色色素而形成深色斑塊,其他區域則主要呈白色,或略帶有一點淡黃。以往,白粉蝶身上單純的色彩多被認為是色素色,可是那些佔大多數的白色鱗片,實際上並不含白色的色素

白粉蝶的翅膀上有著非炫彩性的構造色。圖/作者提供

在白粉蝶的鱗片表面,具有許多枝狀的構造,其表面又附著了許多如珠子般的微小顆粒,顆粒本身也沒有色素成分。其實是這些顆粒反射了特定光線,導致翅膀呈白色的構造色。

不管是構造色的成因,以及所造就的色彩樣貌,當中複雜且多樣的機制,往往遠超出人類所想像。許多的昆蟲的表皮,構造色與色素色這兩類色源,並時常同時存在,兩者交織構成體表展現的色彩

用「光」代替顏料上色

物理結構形成的色彩,理論上能夠長期存在,能夠避免褪色的問題,人類也從中得到了不少科技靈感,試圖在工業產品上重現這般的顏色。

日本的纖維公司便參考了閃蝶翅膀的原理,研發出不使用化學染料,而是運用物理特性顯現色彩,名為「藍默纖維」(Morphotex)的環保材質。這樣的材質有什麼優點呢?構造色呈色的纖維不需要經過傳統的化學染色製程,能減少產生的廢料,亦減低了水資源與能源的消耗。

陽光下的異紋紫斑蝶(Euploea mulciber barsine),藍紫色光澤明顯。圖/作者提供

如果掌握了不會褪色的顏色技術,還有機會應用在太陽能板塗料、印刷、化妝品、鈔票防偽等方面,幫助解決許多技術問題。

昆蟲及各式動物與生俱來的外貌,有時比人類費力研發出的技術都要精巧得多,甚至可能悄悄改變人類的生活。人類應該善待並維護自然資源,這顯然是很重要的一項理由。

參考資料

  1. What Gives the Morpho Butterfly Its Magnificent Blue?
  2. Vukusic, P., Sambles, J. R., Lawrence, C. R., and Wootton, R. J. (1999). Quantified interference and diffraction in single Morpho butterfly scales. Proceedings: Biological Sciences, The Royal Society of London 266, 1403–1411.
  3. Ragaei, M., H.S. Al-Kazafy, N.A.E. Farag, H.H. Elbehery, and A. Abd-El Rahman. (2017). Role of photonic crystals in cabbage white butterfly, Pieris rapae and queen butterfly, Danaus glippus coloration. Biosci. Res. 14: 542-547.
  4. 王仁敏(2017)。蝶翼的絢麗幻色。蝶季刊 2017 卷 2 期:19 – 19。

 

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