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凱恩斯的綠島——珊瑚白化現象│環球科學札記(55)

張之傑_96
・2021/12/01 ・2541字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者/張之傑

七月二十一日,清晨拉開窗簾,窗外仍是一座座島嶼,亦即仍在大堡礁範圍之內。

八時五十分左右,和平號停靠凱恩斯港。我們登上十樓甲板繞了一圈,緊靠碼頭處有停車場和公寓,放眼望去,看不到多少高樓,這不是座大城市。碼頭對岸,遠處是起伏的山巒,近處是長堤狀的低矮珊瑚礁,山巒和珊瑚礁之間,隱約可以看出有段水域。

我們參加「前往世界遺產大堡礁綠島航行」行程,十時正集合,隨即下船,步行前往渡輪碼頭,搭渡輪前往綠島。沿著岸邊的棧道前行,十時二十七分到達渡輪碼頭。等候渡輪時,澳洲觀光局的人在發禮物兌換券,可以憑券到市區的禮品店兌換無尾熊玩偶。

圖/Wikipedia

綠島是凱恩斯的一座珊瑚島,面積十五公頃,距離凱恩斯約二十七公里,地處世界遺產大堡礁海洋公園範圍內,是個熱門的旅遊景點。該島約形成於六千年前,是波浪將沙子、珊瑚礁等碎屑淤積到珊瑚地基上形成的。

有道是滄海桑田,經年累月的雨水沖洗,沙土中的鹽份逐漸退去,漸漸適合植物生長。風力和鳥類帶來植物的種子,如今島上已有一百二十六種植物。島上沒有淡水,植被仰賴雨水,凱恩斯一帶的雨水足夠支應島上的植物生長。

自二十世紀初以來,旅遊一直是綠島的主要活動。當前的綠島度假村一九九四年開業,有四十六個房間,設有海水淡化廠,二○○一年投入使用,每天可提供五萬五千公升淡水。度假村的游泳池,就是淡水的。

我們等候了約半小時,渡輪才開過來。綠島可能是大堡礁中最容易遊賞的一座島嶼。我們排隊登上渡輪,每人發一套浮潛工具。十一時五十分到達綠島的棧橋碼頭,從開船起到達目的地,航程約四十五分鐘。

從凱恩斯搭乘渡輪航行約45分鐘停靠棧橋碼頭,前方島嶼即大堡礁之一的綠島。圖/作者攝

棧橋是用一根根木樁撐起來的,長度目測至少一百公尺。下了渡輪,踏上棧道,或許為了防風、防雨或防曬,棧橋的頂部,部份設有半遮式陽棚。我們先到另一艘停舶船(大貓號)上午餐,飯後的半潛艇和玻璃底船活動,都從大貓號上登船。

在大貓號上吃過午餐,十三點十分左右登上半潛艇,透過座位一旁的玻璃窗,觀賞大堡礁海域的珊瑚礁及魚類等動物。解說是事先錄製好的,我們這批乘客以華人為主,所以採用華語錄音。這種解說只是泛泛地談談,不能根據玻璃窗外出現的東西即時說明,所以並沒多大用處。

解說錄音說,珊瑚礁上有很多種海參,具有維護珊瑚礁清潔的作用,海參曾經是澳洲的重要出口海產,綠島當年就是熏製場所。海星中的棘冠海星,觸手六至八隻,身上遍佈棘刺,以珊瑚蟲為食。一九九○年代曾經數量暴增,綠島附近的珊瑚多遭其毒手。我們看到的是正在恢復中的珊瑚礁……。解說錄音沒提白化問題。

搭上半潛艇,前往觀看綠島附近珊瑚礁。圖/船友攝

我們在半潛艇上約二十五分鐘,回到大貓號,再搭乘玻璃底船出航。半潛艇和玻璃底船的差別,只是前者向玻璃窗外看,後者是扶著圍欄朝腳底下看。至於解說錄音,兩者是同一套,只是玻璃底船的解說沒提到攝影時要將鏡頭貼近玻璃窗。

我們在半潛艇和玻璃底船到底看到了什麼?由於污染和氣候變遷等因素,大堡礁的珊瑚約有六成出現白化現象。也就是因為失去共生藻(蟲黃藻),變得灰灰土土,不再色彩絢爛,綠島一帶應該白化得更為嚴重。

珊瑚白化。圖/Wikipedia

從凱恩斯到綠島的渡輪、半潛艇、玻璃底船來來去去,引擎所排出的廢氣哪能不影響到水質!再說,美麗的海葵、帚蟲(屬環節動物)、海蛞蝓等受到騷擾,哪會不縮起來或躲起來!

從前海域沒有污染,在台灣北海岸就能看到絢爛的珊瑚礁世界。大一的普通生物課到基隆附近的八斗子採集,助教不准大夥下海,只能在岸邊的潮池裡活動。隔了一兩個星期,我就自己去了,戴上潛水鏡,眼前出現的景象,簡直就是座海底大花園。這樣的海底大花園想不到連大堡礁都看不到了!

半潛艇和玻璃底船會餵魚,所以魚類倒是看到不少,我對魚類學所知有限,認得出的有成群的鰺魚,和在灰暗的珊瑚礁上繞來繞去的黑帶蝶魚。海龜只看到一隻,好像是蠵龜,是在玻璃底船上看到的。看到海龜,大概是搭乘半潛艇和玻璃底船觀光唯一的收穫。

玻璃底船所看到珊瑚礁,大多已經白化。圖/作者攝

完成玻璃底船活動,回到大貓號,絕大多數乘客將浮潛工具還給船上。隨即踏上棧道,前往綠島觀光。今天氣溫二十度以下,白色沙灘上仍有些人在作日光浴,還有些人在弄潮戲水。近岸處,從棧橋上向下望,水質清澈見底,珊瑚礁隱約可見。

棧橋入口處,岸邊築有堤防。島上鬱鬱蔥蔥,綠樹掩映下,出現一座木構建築,走近才知道是度假村的紀念品店。度假村紀念品前的小廣場上鋪著木板,顯得特別潔淨,有些樹木已粗可合抱。

資料上說,綠島有大片熱帶雨林。典型的雨林,樹冠分成兩三層,鬱鬱蒼蒼,遮住地面的陽光,地上沒什麼草木。綠島的植被的確有點雨林的樣子。濱海的步道下,有些地方有較大片的沙灘,有些地方緊靠著海。

走到一處緊挨著步道的海灘,我走下步道,想撿點貝殼,卻看到不少浮石。當岩漿噴出地表,壓力驟減,岩漿中的空氣迅速膨脹,熔岩形成多孔性的碎石,氣孔佔體積百分之七十以上。我曾在火山島聖托里尼撿到過浮石,綠島一帶有火山島嗎?

我們十七時三十分回到和平號,上完廁所,洗把臉,稍微整理一下,十七時四十分下船,到市區看看。我們到禮品店換了無尾熊玩偶,又賣了些東西。十八時四十五分回到和平號,放好東西,到四樓餐廳吃定食。回顧這一天,澳洲地大物博,的確是個好地方。不過大堡礁的白化讓人心痛,看來地球暖化,氣候變遷,加上人為汙染,第六次大滅絕已非危言聳聽。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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海洋熱浪來襲怎麼辦?分析海水溫度變化,預警珊瑚白化危機——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/10/15 ・3629字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 文/王立雪|海洋生物博物館企劃研究組組主任、副研究員。

Take Home Message

  • 珊瑚在超過 30℃ 的海水中很容易白化,海洋熱浪會造成海水溫度升高,長期累積的熱緊迫會造就珊瑚嚴重白化、死亡。
  • NOAA 建立珊瑚礁觀測,利用衛星、海洋溫度偵測器確認海水表面溫度並以模式分析預測、預警大規模珊瑚白化事件。
  • 珊瑚白化的情況會因海水深度而不同。例如蘭嶼除了淺水區會發生珊瑚大規模白化外,水深大於 40 公尺的中光層珊瑚也有零星白化事件。

讀者知道什麼是「海洋熱浪」(marine heatwaves)嗎?

海洋熱浪其實類似陸地上的熱浪,只是發生地點在海洋,也就是當地海洋溫度與過去平均海洋溫度相比,出現幾天甚至更久到數月以上的不正常高溫。而這種海水溫度長時間升高的情況,有可能會造成發生地區海域生態的衰退、大量有毒藻類增生、魚類/無脊椎生物因缺氧而死亡或發育畸形,以及海洋脊椎動物(如海龜及魚類)性別比例改變。

海洋熱浪形成的原因通常跟大洋洋流造成的溫暖水團與海氣(ocean-atmosphere)熱交換有關,或是局部空氣因為低氣壓籠罩造成氣溫持續升高,使得海水表面溫度持續上升,再加上環境的風量減少且濕度高,造成海水垂直水層混合降低,而使海水溫度上升更加劇,熱也被累積在海水表層。

2015 年,東北太平洋的海域異常高溫。圖/Wikipedia

海洋熱浪對珊瑚礁生態系的影響

珊瑚礁生態系是世界上生物多樣性最高的生態系之一,常被稱為「海洋的熱帶雨林」。每年對全球的社會、經濟價值貢獻高達 9.8 兆美元。珊瑚礁生態系會受到全球氣候變遷造成的海水水溫上升、海水酸化、人為活動干擾、過漁、陸源汙染物等因素影響,造成大規模的珊瑚白化、進而死亡與衰退。而生態系中的珊瑚,則是維持珊瑚礁生態系穩定發展最重要的生物。

珊瑚是刺胞動物(Cnidaria),牠的內胚層細胞居住著一種稱為共生藻(Symbiodinium,又名蟲黃藻)的特殊種類渦鞭毛藻(dinoflagellates),屬於細胞內的共生現象。共生藻可以行光合作用,提供珊瑚光合作用產物如葡萄醣、小分子有機酸、脂質等,而珊瑚則可以提供共生藻無機營養鹽與保護。

所謂的珊瑚白化,就是指共生藻死亡或離開珊瑚,使得珊瑚失去共生藻的褐色或綠色,呈現白色或是其他特殊的顏色如藍色、黃色、粉紅色(可能是由於體內大量累積的螢光蛋白)。如果白化時間持續,且造成珊瑚白化的影響因子未能被有效移除,珊瑚就會逐漸死亡。

白化的珊瑚。圖/Wikipedia

珊瑚合適生存的水溫介於 24~28℃,若是超過 30℃,就很容易會發生白化現象。而海洋熱浪主要會造成海水的水溫升高,如果海洋熱浪發生在熱帶海域,將使原本夏季平均海水溫度就比較高的熱帶海域水溫更高,長期累積的熱緊迫便會導致珊瑚嚴重白化與死亡。

珊瑚死亡後,海洋熱浪會繼續影響珊瑚骨骼上的微生物相、加速微生物的增生,造成珊瑚礁的三維結構被迅速瓦解,進而影響生活於此棲地的其他生物如魚類、甲殼類,使得當地的生物多樣性或數量下降。

利用測量與大數據,分析海水溫度變化並提供珊瑚白化預警

為了因應全球暖化造成的海洋升溫,美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)在 2000 年建立了珊瑚礁觀測(Coral Reef Watch, CRW),他們在世界各地利用衛星偵測海水表面溫度(sea surface temperature, SST),以及實地以海洋溫度偵測器測量海水溫度,並配合模式分析成功提供了能夠預測大規模珊瑚白化的預警系統。

「DHW」(Degree Heating Week)是珊瑚大量白化最重要的預測指標,主要用來計算當珊瑚面臨的海水水溫比歷史夏季最高水溫還高時所累積的熱緊迫。舉例來說,當預測出的海水表面溫度比歷史上的夏季最高水溫高出 2℃ 且會延續四週,則當地珊瑚累積的熱緊迫就是 2(℃)×4(週)=8 DHW。

這項系統將珊瑚的白化預測分為五大階段:沒有緊迫、白化觀察、白化警示、一級警戒、二級警戒。沒有緊迫是指沒有熱緊迫及珊瑚白化發生,也就是海水的表水溫度低於當地最高月平均溫度;而白化觀察是指海水表水溫度高於當地最高月平均溫度,但小於珊瑚白化閥值(bleaching threshold temperatures),此時珊瑚面臨低程度的熱緊迫。

美國國家海洋暨大氣總署的珊瑚礁觀測預測了今年 7 月 6 日、7 月 31 日、8 月 18 日、9 月2 日在俗稱為「珊瑚金三角」的印尼、菲律賓、馬來西亞海域的珊瑚白化階段。圖/NOAA

白化警示顯示的是海水表水溫度高於珊瑚白化閥值,且累積熱緊迫程度 DHW 介於 0~4;一級警戒是海水表水溫度高於珊瑚白化閥值,且累積熱緊迫程度 DHW 介於 4~8,此時珊瑚會出現明顯白化;二級警戒,則是指海水表水溫度高於珊瑚白化閥值,且累積的熱緊迫程度 DHW 大於 8,這時候珊瑚會出現大規模的嚴重白化甚至死亡。

提出珊瑚白化預警,可以讓研究者與管理單位提早介入,例如加強管理、減少珊瑚礁的緊迫,或是其他更積極的作為,降低海水溫度升高對珊瑚礁的衝擊與增加珊瑚礁的恢復力。

海洋熱浪對臺灣附近珊瑚的衝擊

臺灣過去也曾有多次珊瑚大規模白化的事件。例如 1987 年第一次在墾丁地區被報導大規模珊瑚白化,後續調查發現是因為第三核能發電廠(核三廠)的溫排水造成,這起事件也讓臺灣學者開始注意到溫度對珊瑚的影響。

之後在臺灣附近海域的珊瑚也陸續出現零星的白化現象,有些是高溫造成、有些則是特殊生物繁衍,如黑皮海綿(Terpios hoshinota)造成綠島附近海域珊瑚的白化死亡、營養鹽過剩造成大量毛叢狀藻類繁殖,使得臺灣西南部海域如小琉球的珊瑚覆蓋率衰退。除了高溫外,低溫也會造成珊瑚的白化與死亡,像是今(2022)年春天澎湖南方四島,就因為低溫而出現大量珊瑚白化的現象。

2020 年的海洋熱浪則使臺灣面臨了有史以來最大規模的珊瑚白化事件。全臺各地不論是南部的墾丁地區、綠島、蘭嶼、小琉球、澎湖南方四島,甚至東北角海域都發生大規模的珊瑚白化。

2020 年 9 月蘭嶼機場跑道北側發生大規模珊瑚白化,水深約 10 公尺。圖/楊啟泰攝

此外,海洋熱浪發生時除了海水溫度升高,通常也會伴隨著強烈的日照,且陽光中的紫外線強度也非常高,因此在海水清澈的地區如蘭嶼,除了淺水區(水深小於 30 公尺)的石珊瑚(Scleractinia)會發生大規模的白化外,連中光層(水深大於 40 公尺)的石珊瑚也發生零星的白化事件,而在中光層的水溫已經遠低於會發生熱緊迫的水溫。

提供珊瑚白化預警,不一定代表當地會發生大規模的珊瑚白化事件,實際情形還是會因為局部地區的狀況而有所不同,而且珊瑚白化的發生情形也會因不同的海水深度而有所不同。

以臺灣而言,今年 7 月初在南部海域開始進入白化警示而後陸續進入一級警戒,並在 8 月中旬開始進入二級警戒,北部海域也陸續進入一到二級警戒。

位於南部的墾丁海域,一樣在 7~9 月初進入一到二級警戒,在恆春半島西岸的合界,則在水深 5~18 公尺處觀察到有多種珊瑚如軸孔珊瑚(Acropora)、表孔珊瑚(Montipora)、微孔珊瑚(Porite)、鹿角珊瑚(Pocillopora)、厚絲珊瑚(Pachyseris)等發生大規模白化。

比較常有冷水團入侵的南灣近岸附近水深 3~10 公尺處如出水口、跳石,就只有觀察到零星的白化現象。而在南灣外也有發現到大面積的表孔珊瑚發生白化現象。

今年 9 月恆春半島南灣外,表孔珊瑚白化,及西側合界多種珊瑚白化。上圖水深約八公尺;下圖水深約十公尺。圖/鄭國佑攝

面對愈來愈頻繁的海洋熱浪,我們還能做什麼?

有學者預測,2030 年世界上將有超過 75% 以上的珊瑚礁每十年會經歷兩次以上的嚴重白化。雖然在珊瑚白化後,若能移除造成白化的因素還是有機會使珊瑚恢復原先狀態,但頻繁的經歷嚴重白化,仍會降低珊瑚礁的恢復力。

面對愈來愈頻繁發生的海洋熱浪,全球有許多政府機構與研究學者投入培育「超級珊瑚」的行列,希望能尋找出可以對抗熱緊迫的珊瑚,並在進行人工培育與增殖後移植到野外環境,期望利用人工的方式培育珊瑚,在珊瑚礁衰退區進行野外移植、復育。

此外,也能增加海洋保護區或是加強區域性白化事件發生時的環境管理,如降低人為干擾、減少漁業行為等,以降低對遭受緊迫的珊瑚來說更雪上加霜的影響。最後,努力控制全球暖化在 1.5℃ 是最迫切需要達成的事。節能減碳救地球不是口號,而是你我都需要努力盡一分心力。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 10 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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熱極生悲——全球暖化對熱帶珊瑚礁魚類的影響
Vicky Lin_96
・2022/03/09 ・3620字 ・閱讀時間約 7 分鐘

拜科技所賜,在氣溫越來越高的地球上,人類可以選擇躲進舒服的冷氣房內、吃著冰棒、喝著冰飲料來消暑。然而,海底的珊瑚礁魚們可就沒這麼幸運了,沒有冷氣可吹的牠們得做出一連串的改變來因應全球暖化,否則可能會因為無法適應節節升高的溫度而變得虛弱甚至是死亡。

是誰住在珊瑚礁裡?珊瑚礁魚!

珊瑚礁魚,顧名思義,是生活在珊瑚礁的魚類,牠們的食衣住行育樂都跟珊瑚礁脫不了關係。珊瑚礁對牠們而言就是一座大城市,組成珊瑚礁的一叢一叢的珊瑚就像城市裡一棟一棟的建築,提供了各式各樣不同的功能。

舉例來說,某些雀鯛、蝴蝶魚、蝦虎對珊瑚的依賴性非常大。雀鯛色彩鮮豔多變、經常成群結隊的悠遊在珊瑚上方,黃白黑相間的黑新刻齒雀鯛(Neoglyphidodon melas )便是其一,牠們在小時候以樹枝狀的石珊瑚為住宅,隨時都會待在附近,若有掠食者或其他危險接近時,牠們便會躲進這些珊瑚住宅裡(圖一)。

(圖一)有軟珊瑚的區域時常可以發現黑新刻齒雀鯛(Neoglyphidodon melas)的幼魚蹤影。圖片取自徐才烜

長大之後,除了體色變黑外,牠們不再像小時候只以浮游生物為主食,也會開始吃軟珊瑚或硨磲貝(Tridacna gigas)的糞便,在經過這些肥美的軟珊瑚和硨磲貝自助吧時總會忍不住地去咬一口。另一群時常穿梭在珊瑚叢中的蝴蝶魚也很喜歡這些珊瑚自助吧,像是川紋蝴蝶魚(Chaetodon trifascialis)、弓月蝴蝶魚(C. lunulatus)、和一點蝴蝶魚(C. unimaculatus)皆是以珊瑚蟲為主要的食物來源,在海中時常可以看見牠們啄食珊瑚的身影(圖二)。

(圖二) 川紋蝴蝶魚(Chaetodon trifascialis,左)、弓月蝴蝶魚(C. lunulatus,中)和一點蝴蝶魚(C. unimaculatus,右)成群在珊瑚礁間覓食。左圖取自徐才烜

相較於時常悠游在水層中的蝴蝶魚,大部分的蝦虎魚為底棲性,常常可以在各式各樣的珊瑚或岩塊上發現牠們,有些魚種對自己住的家非常挑剔,像是橘色頭黑色身體的棘頭副葉鰕虎魚(Paragobiodon echinocephalus),牠們只有約三公分大小,終其一生只會住在萼柱形珊瑚(Stylophora pistilliata)中,具有強烈的專一性。

相對於這些直接把珊瑚當家的魚種,有些種類則是間接地利用珊瑚所建構出來的複雜棲地。舉例來說,隆頭魚大多以蝦、蟹、貝類等底棲無脊椎生物為食,而這些底棲無脊椎生物在生長的過程中常常會利用珊瑚叢中的大小凹洞來躲避敵人,進而增加自己的族群量。

另一方面,游牧草食性魚類常常成群結隊的游過一片又一片的珊瑚礁,覓食生長在其中的藻類,有時候數量之龐大,蔚為壯觀,這類型的魚類對珊瑚的依賴性相較之下小很多,臭肚魚科或刺尾鯛科即是最佳代表(圖三)。

(圖三)刺尾鯛科的魚類時常成群在珊瑚礁裡覓食。

面臨全球暖化與珊瑚白化

一般而言,這些活在熱帶的珊瑚礁魚由於長期處在溫暖且穩定的環境,所以在面對溫度擾動大的環境時受到的影響也會比其他非熱帶的物種更大。近幾十年來,科學家已經觀察到許多珊瑚礁魚受到全球暖化的影響而造成生理、族群數量、以及族群分布上的改變。

大家一定都有站在高溫烈日下,身體不自覺地流汗,想喝水,想找陰涼處休息的經驗,如果再待得久一點,皮膚會漸漸地被曬黑甚至曬傷,這些都是人類面對高溫時會出現的生理變化。長期處在高溫的環境下的珊瑚礁魚也會有相對應的生理變化,來自澳洲的研究員多奈森(Donelson)等人在實驗室執行水缸的操作實驗後,發現多刺棘光鰓鯛(Acanthochromis polyacanthus)如果生長在攝氏 30 和 31.5 度的高溫環境下(這也是未來五十至一百年間其棲地預計暖化的溫度),其生殖量能會下降許多,不只母魚所產的卵會變小,公魚所產生的精子數量也會下降。

然而,這只是在實驗室針對一個魚種所做的實驗結果,但真正生長在珊瑚礁裡的魚類情況又是如何呢?

奧茲多奈特(Audzijonyte)等人在比對近三百多種珊瑚礁魚在澳洲三十年數量變化的資料後,發現某些長期處在高溫海水中的小體型珊瑚礁魚的體長有縮小的趨勢 ,而這個改變可能會連帶地牽動到當地的食物網結構。

無論是生殖量能下降或是體型變小,都有可能間接地影響到其族群量的變動。這些生理現象的改變或許能解釋為什麼王(Wang)等人在比對了全球魚類的資料後,發現珊瑚礁魚的族群成長率在暖化的狀況下普遍有變慢的趨勢。 這些魚類生理上的改變看似細微,卻極有可能會在海中造成一連串的蝴蝶效應,所以不容忽視。這些個體特徵的微小改變,極有可能會連帶影響到魚類族群及結構的狀況,進而對整個海洋生態系造成衝擊。

熱帶地區由於海溫逐漸升高,珊瑚大規模白化的事件越來越頻繁(圖四),珊瑚白化指的是珊瑚在溫度過高的狀況下會失去在其體內的共生藻,進而露出白色的碳酸鈣骨骼,這些白化的珊瑚會變得更衰弱,而往往隨之而來的就是死亡。

可以想見,珊瑚大規模白化對珊瑚礁魚而言簡直是一場大災難,尤其對那些對珊瑚賴以維生的珊瑚礁魚種而言,不只平常住的家沒了,每天都會去光顧的餐廳更是一家一家的倒閉,白化後僅存的慘白珊瑚骨骼彷彿在暗示著那些珊瑚礁魚接下來的悲慘命運。

(圖四) 2020年台灣發生大規模的珊瑚白化事件,圖為新北市鼻頭角公園內珊瑚白化的狀況,有些珊瑚已經死亡並且開始被藻類覆蓋。圖片取自徐才烜。

生活在同一片海洋,命運卻大不同

根據澳洲科學家胚查(Pratchett)所帶領的團隊發表的回顧報告顯示,某些雀鯛或蝴蝶魚在經歷珊瑚大白化後的一到三年內,族群數量都會大幅度地下降,有些魚種甚至在當地再也找不到了。若再將時間軸拉的更長,在珊瑚大白化發生後的十年內,珊瑚死亡後所留下來的碳酸鈣骨骼會漸漸地崩解,珊瑚礁的棲地複雜度也隨之下降,棲地環境的品質也逐漸劣化。此時,那些間接利用珊瑚礁棲地的魚類數量便會逐漸變少。

相較之下,另一群游牧草食性魚類的命運則是截然不同,甚至可以說是如虎添翼。珊瑚的死亡使得牠們原本生長的空間空了下來,而藻類則會趁機佔領這些空地並大量生長,這些藻類便成了那些草食性魚類的另一個新開幕的自助吧餐廳,所以用中樂透來形容這些草食性的魚類一點也不為過!

在全球暖化的影響下,這些草食性魚類不只受惠於熱帶珊瑚礁的棲地劣化,牠們的族群分布也漸漸地往溫帶擴張,為什麼會這樣呢?

來自澳洲的研究員芙潔斯(Vergés)等人觀察了數十年澳洲西岸熱帶和溫帶交界地區的魚類群聚變化,發現在全球暖化的影響下,這裡的海溫也不意外地逐年上升,這使得當地熱帶魚種占所有魚種的比例逐年升高。不僅如此,牠們的數量也是節節攀升。而其中數量增加最多的魚種之一便是游牧性的草食性魚類 ── 褐籃子魚(Siganus fuscescens)(圖五)。

(圖五)澳洲溫帶與熱帶交界海域數量快速增加的熱帶性魚種─褐籃子魚(Siganus fuscescens),在台灣海域也很常見,俗稱臭肚魚。

海洋熱帶化的省思

除了溫度升高使得新的棲地變得比以前更適合褐籃子魚生長之外,交界區沿岸豐富的海藻森林也提供牠們源源不絕的食物,有了舒服的新家和美食,有誰不想繼續待著呢?

上述這個現象被稱為「熱帶化」,表示一地的生物群聚組成因為全球暖化的關係使得熱帶性物種的種類或數量變得比以往更多。熱帶化不只在澳洲出現,近年來也在日本、地中海、加勒比海等地頻繁地被觀察到,這表示全世界的熱帶珊瑚礁魚類,甚至是溫帶沿岸的魚類,無一倖免的都受到了全球暖化的影響。

全球氣候變遷引起的海水暖化已經影響了許多珊瑚礁魚類,有的魚種因此命運乖舛,但也有的魚種因此飛黃騰達,這些魚的不同命運交織在一起進而改變了海洋生態系統。

這些已經發生的改變能不能恢復仍是個未知數,但可以確定的是,這些改變已經漸漸地衝擊到珊瑚礁生態系的功能(包含漁業、觀光等),並進一步地影響到沿岸居民的生活。面對這個全球尺度的變化,人類沒有樂觀的本錢,除了要竭盡所能地降低暖化速度外,海洋保育相關的政策也應考量全球暖化可能帶來的衝擊,使全球暖化對珊瑚礁生態系或人類的衝擊降到最低。

參考資料

  1. Chan SW (2007) Ontogenetic changes in feeding ecology and habitat of the damselfish Neoglyphidodon melas at Lizard Island, Great Barrier Reef. Independent Study Project (ISP) Collection 146. 
  2. Donelson JM, Munday PL, McCormick MI, Pankhurst NW, Pankhurst PM (2010) Effects of elevated water temperature and food availability on the reproductive performance of a coral reef fish. Mar Ecol Prog Ser 401:233-243. https://doi.org/10.3354/meps08366
  3. Froese R, Pauly D (2020) FishBase (accessed on 25 April 2020), World Wide Web electronic publication 
  4. Garra S, Hall A, Kingsford MJ (2020) The effects of predation on the condition of soft corals. Coral Reefs 39:1329-1343. 
  5. Pratchett MS, Munday PL, Wilson SK, Graham NAJ, Cinneri JE, Bellwood DR, Jones GP, Polunin NVC, McClanahan TR (2008) Effects of climate-induced coral bleaching on coral reef fishes – Ecological and economic consequences. Oceanogr Mar Biol Annu Rev 46:251-296. 
  6. Wang HY, Shen SF, Chen YS, Kiang YK, Heino M (2020) Life histories determine divergent population trends for fishes under climate warming. Nature Communication 11:4088. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17937-4
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Vicky Lin_96
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熱愛海洋,尤其是海洋生物。 關心海洋汙染、保育等相關議題。 國立台灣大學海洋研究所博士候選人。 潛水、抱石、 🍻。

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凱恩斯的綠島——珊瑚白化現象│環球科學札記(55)
張之傑_96
・2021/12/01 ・2541字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者/張之傑

七月二十一日,清晨拉開窗簾,窗外仍是一座座島嶼,亦即仍在大堡礁範圍之內。

八時五十分左右,和平號停靠凱恩斯港。我們登上十樓甲板繞了一圈,緊靠碼頭處有停車場和公寓,放眼望去,看不到多少高樓,這不是座大城市。碼頭對岸,遠處是起伏的山巒,近處是長堤狀的低矮珊瑚礁,山巒和珊瑚礁之間,隱約可以看出有段水域。

我們參加「前往世界遺產大堡礁綠島航行」行程,十時正集合,隨即下船,步行前往渡輪碼頭,搭渡輪前往綠島。沿著岸邊的棧道前行,十時二十七分到達渡輪碼頭。等候渡輪時,澳洲觀光局的人在發禮物兌換券,可以憑券到市區的禮品店兌換無尾熊玩偶。

圖/Wikipedia

綠島是凱恩斯的一座珊瑚島,面積十五公頃,距離凱恩斯約二十七公里,地處世界遺產大堡礁海洋公園範圍內,是個熱門的旅遊景點。該島約形成於六千年前,是波浪將沙子、珊瑚礁等碎屑淤積到珊瑚地基上形成的。

有道是滄海桑田,經年累月的雨水沖洗,沙土中的鹽份逐漸退去,漸漸適合植物生長。風力和鳥類帶來植物的種子,如今島上已有一百二十六種植物。島上沒有淡水,植被仰賴雨水,凱恩斯一帶的雨水足夠支應島上的植物生長。

自二十世紀初以來,旅遊一直是綠島的主要活動。當前的綠島度假村一九九四年開業,有四十六個房間,設有海水淡化廠,二○○一年投入使用,每天可提供五萬五千公升淡水。度假村的游泳池,就是淡水的。

我們等候了約半小時,渡輪才開過來。綠島可能是大堡礁中最容易遊賞的一座島嶼。我們排隊登上渡輪,每人發一套浮潛工具。十一時五十分到達綠島的棧橋碼頭,從開船起到達目的地,航程約四十五分鐘。

從凱恩斯搭乘渡輪航行約45分鐘停靠棧橋碼頭,前方島嶼即大堡礁之一的綠島。圖/作者攝

棧橋是用一根根木樁撐起來的,長度目測至少一百公尺。下了渡輪,踏上棧道,或許為了防風、防雨或防曬,棧橋的頂部,部份設有半遮式陽棚。我們先到另一艘停舶船(大貓號)上午餐,飯後的半潛艇和玻璃底船活動,都從大貓號上登船。

在大貓號上吃過午餐,十三點十分左右登上半潛艇,透過座位一旁的玻璃窗,觀賞大堡礁海域的珊瑚礁及魚類等動物。解說是事先錄製好的,我們這批乘客以華人為主,所以採用華語錄音。這種解說只是泛泛地談談,不能根據玻璃窗外出現的東西即時說明,所以並沒多大用處。

解說錄音說,珊瑚礁上有很多種海參,具有維護珊瑚礁清潔的作用,海參曾經是澳洲的重要出口海產,綠島當年就是熏製場所。海星中的棘冠海星,觸手六至八隻,身上遍佈棘刺,以珊瑚蟲為食。一九九○年代曾經數量暴增,綠島附近的珊瑚多遭其毒手。我們看到的是正在恢復中的珊瑚礁……。解說錄音沒提白化問題。

搭上半潛艇,前往觀看綠島附近珊瑚礁。圖/船友攝

我們在半潛艇上約二十五分鐘,回到大貓號,再搭乘玻璃底船出航。半潛艇和玻璃底船的差別,只是前者向玻璃窗外看,後者是扶著圍欄朝腳底下看。至於解說錄音,兩者是同一套,只是玻璃底船的解說沒提到攝影時要將鏡頭貼近玻璃窗。

我們在半潛艇和玻璃底船到底看到了什麼?由於污染和氣候變遷等因素,大堡礁的珊瑚約有六成出現白化現象。也就是因為失去共生藻(蟲黃藻),變得灰灰土土,不再色彩絢爛,綠島一帶應該白化得更為嚴重。

珊瑚白化。圖/Wikipedia

從凱恩斯到綠島的渡輪、半潛艇、玻璃底船來來去去,引擎所排出的廢氣哪能不影響到水質!再說,美麗的海葵、帚蟲(屬環節動物)、海蛞蝓等受到騷擾,哪會不縮起來或躲起來!

從前海域沒有污染,在台灣北海岸就能看到絢爛的珊瑚礁世界。大一的普通生物課到基隆附近的八斗子採集,助教不准大夥下海,只能在岸邊的潮池裡活動。隔了一兩個星期,我就自己去了,戴上潛水鏡,眼前出現的景象,簡直就是座海底大花園。這樣的海底大花園想不到連大堡礁都看不到了!

半潛艇和玻璃底船會餵魚,所以魚類倒是看到不少,我對魚類學所知有限,認得出的有成群的鰺魚,和在灰暗的珊瑚礁上繞來繞去的黑帶蝶魚。海龜只看到一隻,好像是蠵龜,是在玻璃底船上看到的。看到海龜,大概是搭乘半潛艇和玻璃底船觀光唯一的收穫。

玻璃底船所看到珊瑚礁,大多已經白化。圖/作者攝

完成玻璃底船活動,回到大貓號,絕大多數乘客將浮潛工具還給船上。隨即踏上棧道,前往綠島觀光。今天氣溫二十度以下,白色沙灘上仍有些人在作日光浴,還有些人在弄潮戲水。近岸處,從棧橋上向下望,水質清澈見底,珊瑚礁隱約可見。

棧橋入口處,岸邊築有堤防。島上鬱鬱蔥蔥,綠樹掩映下,出現一座木構建築,走近才知道是度假村的紀念品店。度假村紀念品前的小廣場上鋪著木板,顯得特別潔淨,有些樹木已粗可合抱。

資料上說,綠島有大片熱帶雨林。典型的雨林,樹冠分成兩三層,鬱鬱蒼蒼,遮住地面的陽光,地上沒什麼草木。綠島的植被的確有點雨林的樣子。濱海的步道下,有些地方有較大片的沙灘,有些地方緊靠著海。

走到一處緊挨著步道的海灘,我走下步道,想撿點貝殼,卻看到不少浮石。當岩漿噴出地表,壓力驟減,岩漿中的空氣迅速膨脹,熔岩形成多孔性的碎石,氣孔佔體積百分之七十以上。我曾在火山島聖托里尼撿到過浮石,綠島一帶有火山島嗎?

我們十七時三十分回到和平號,上完廁所,洗把臉,稍微整理一下,十七時四十分下船,到市區看看。我們到禮品店換了無尾熊玩偶,又賣了些東西。十八時四十五分回到和平號,放好東西,到四樓餐廳吃定食。回顧這一天,澳洲地大物博,的確是個好地方。不過大堡礁的白化讓人心痛,看來地球暖化,氣候變遷,加上人為汙染,第六次大滅絕已非危言聳聽。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。