0

1
1

文字

分享

0
1
1

原住民族的傳統知識,讓科學家更了解仙女圈的形成

one minute biology
・2023/06/18 ・2010字 ・閱讀時間約 4 分鐘

奇怪的仙女圈

如果你漫步在澳洲西部的旱地上,你可能會看到(圖 一)中的奇怪景象。

原本長滿鬟刺屬(spinifex)植物的土地上赫然出現一圈圈的紅土區域,上面沒有長任何植物,這種奇怪景象被稱為「仙女圈(fairy circles)」。

(圖 一)俯瞰仙女圈。圖/© Mike Gillam 2021Creative Commons

和神秘的麥田圈不同,他不是一夕之間所形成的,更沒有麥田圈一般詭異難解,事實上,自上世紀 70 年代科學家首度在南非發現這種特殊的現象後,就一直有許多科學研究嘗試以各種證據和理論解開仙女圈背後成因,時至今日,仙女圈的成因仍備受爭議。

既然不知道,何不問問「在地人」?

今年 4 月發表在 nature ecology & evolution 的論文"First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ’fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia"嘗試從一個特別的角度來解決這個問題,那就是「馬爾圖族(Martu)的傳統知識」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

既然說是「特別的角度」,肯定代表這篇研究與其他有所不同。一般進行生態學研究時,很少會考慮當地原住民族對於生態系統的認識和見解,然而,原住民族通常已經在某一個生態系裡面生存非常久的時間,因此通常會累積大量的傳統生態學知識(traditional ecological knowledge),這通常牽涉到長期的觀察驗證,並不是現代科學方法短時間內可以做到的。

因此,科學家在探討仙女圈的形成原因時,決定先來「問」看看生活在澳洲這塊土地超過 65000 年的澳洲原住民族。

結果顯示,仙女圈這種特殊的構造確實烙印在馬爾圖族的文化裡,他們認為仙女圈的形成和白蟻之間有很大的關係,這樣的生態學知識不只出現在口耳相傳的文化中,也出現在古老的圖騰裡,例如(圖二)就顯示了澳洲馬爾圖族的祖先很直接地把仙女圈的出現以及白蟻(termite)連結在一起(圖二 b 中有些圈圈裏面像等號的白色圖騰就是白蟻,而圖二 d 中那些紅色的像熱狗的圖騰也是白蟻(沒錯,因為這些圖片給的授權只有 CC BY-NC-ND,所以我不能在上面加註釋))。

(圖二)馬爾圖族傳統藝術中的仙女圈和白蟻。圖/(b)© estate of the artist,
licensed by Papunya Tula Artists and Aboriginal Artists Agency. (d)© estate of the artist, licensed by Papunya Tula
Artists and Aboriginal Artists Agency. Creative Commons

根據馬爾圖族的生態知識,仙女圈是白蟻的「家」,而仙女圈外的區域則是白蟻的「通道」。除此之外,馬爾圖族還發現仙女圈的土表具有堅硬的特性,仙女圈的土表堅硬到可以用工具敲擊地面以使幫助穀物褪去外皮。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「在地人」說的到底是不是對的?

然而,前人研究的研究基本上已經抦棄了仙女圈的形成和白蟻有關這種想法,因為他們並沒有在仙女圈中發現很多白蟻。這代表原先的科學觀察結果和馬爾圖族的傳統知識有所出入,究竟誰更正確呢?

研究結果顯示,馬爾圖族的生態知識很可能是對的。

研究團隊實際挖開仙女圈以後發現仙女圈中真的有不少白蟻,挖的洞裏面有 41% 挖到白蟻。此外,在仙女圈中挖的洞中高機率含有所謂的「巢腔(chamber)」,巢腔的功用是育幼、休息以及儲藏食物排泄物等等,通常會集中在某一個特定區域形成「巢(nest)」。仙女圈外的區域則鮮少出現巢腔這種構造,但是仙女圈外的區域卻很容易挖到覓食用的通道(圖三)。

(圖三)仙女圈內(橘色)和仙女圈外(藍色)在巢腔數量、通道數量上出現顯著的差異。圖/© Walsh et al. 2023. Creative Commons

綜合馬爾圖族的傳統知識以及科學研究的結果,澳洲仙女圈的形成確實可能和白蟻的建築構造有關,因為仙女圈內外的白蟻建築構造有明顯的差異。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然本研究作者最後並沒有對於仙女圈形成的確切原因給出特定理論,但筆者推測,可能正是因為白蟻巢室堅硬的構造造成仙女圈堅硬的土表,沒有良好的土壤結構而植物自然無法在仙女圈上生長。

傳統生態知識和西方科學知識擦撞出意外的火花

原住民族的傳統生態知識確實可以在科學進展上扮演重要角色,這篇研究就是一個很有趣的例子。

一般而言,科學研究所涉及的方法幾乎全都是所謂的「量化研究(quantitative research)」,然而,這篇研究卻先使用質性研究(qualitative research)的方法調查馬爾圖族的傳統知識(順帶一提,這篇研究的作者多達 39 位,其中有 23 位是澳洲馬爾圖族的專家和耆老),再以此為靈感進行科學調查,可以說是相當有趣的做法。

馬爾圖族對於仙女圈的傳統知識遠遠不僅止於此,仙女圈中間堅硬不透水的特性使其成為大雨後馬爾圖族的臨時蓄水池,這個蓄水池在人類文明和生態上扮演甚麼作用?馬爾圖族和仙女圈的故事還會繼續寫下去。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考文獻

  1. Walsh, F., Bidu, G. K., Bidu, N. K., Evans, T. A., Judson, T. M., Kendrick, P., … & Williams, C. M. (2023). First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ‘fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia. Nature Ecology & Evolution, 7(4), 610–622.
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
one minute biology
2 篇文章 ・ 1 位粉絲
One minute biology 致力於分享新鮮有趣的生物研究和知識,希望能夠以淺顯易懂的方式讓讀者了解研究論文中的專業內容。IG專頁:oneminutebiology。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
211 篇文章 ・ 312 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

2

7
3

文字

分享

2
7
3
【2021 年搞笑諾貝爾:生態學獎】口香糖渣裡的微生物小宇宙!
陳俊堯
・2021/09/29 ・4890字 ・閱讀時間約 10 分鐘

還留著她的氣味和身體的餘溫,但現在我只能靜靜躺在地上。
只剩下風吹雨打,和路人的輕蔑。
等待哪天被科學家拾起,進入最後一段精彩而短暫的旅程。

西雅圖口香糖牆與狗狗,還有,恩,很多菌菌。圖 / twenty20photos

時間是多年前的一個夏天,西班牙歷史悠久的瓦倫西亞大學的校園裡,一個諾貝爾獎等級的研究,即將在校園裡的人行道上展開。

這個研究的成果後來引起眾人矚目,贏得 2021 年搞笑諾貝爾獎的生態學獎項,為人類對「微生物生態學」的認識,做出了貢獻。

「搞笑諾貝爾獎」雖然不等於諾貝爾獎,但是全球各地那些長年坐在電腦前,盯著螢幕長吁短歎的科學家們,每一年可都是都認真期待,等著揭曉後細讀這些得獎作品;這些獲獎研究受到的注意,甚至可能比最新一期的《Nature》學術期刊還高(人家一年一次嘛)。

在頒獎典禮上,頒獎跟受獎人都歪嘴嚼著口香糖來表示對這個研究的敬意。(嚼嚼)圖 / 搞笑諾貝爾獎頒獎典禮截圖

今年,搞笑諾貝爾獎的「生態獎」,頒給了西班牙瓦倫西亞大學「整合系統生物學研究所」的團隊(論文連結)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對我這個細菌人來說,無疑是得獎研究裡最吸引人的一個。這群研究人員在日常生活裡最不起眼的東西上,探索細小生命群體的組成,他們的研究成果,展現了自然運作的動人法則。

研究對象:口香糖,是島嶼上被人嚼過的口香糖(嚼嚼)

這個研究的主角,是口香糖。不是躺在包裝紙裡散發香氣的這個,

圖/envato elements

而是剛剛在某人嘴裡承受利齒扯咬撕裂後的那個。

圖/pixabay

這個全球尺度的研究,使用了來自五個國家共計十份樣本,它們都是採自戶外人行道上的口香糖。研究人員小心翼翼地用無菌刀具將樣本刮下,快速送回實驗室放在負 80 度超低溫冷凍櫃保存。微生物菌相研究都得這樣做,要趕在現場生物發生變化前,把它們的關係快速封存起來。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研究人員像處理 COVID-19 檢體一樣,小心翼翼地從這些樣本裡萃取出 DNA,進行 PCR 複製 DNA,然後拿這些 DNA 去做次世代定序。定序儀定序得到的 DNA 序列,經過整理並與序列資料庫進行比對之後,研究人員找出了它們的身份。這樣一來,我們就知道每塊口香糖上到底住了什麼細菌,以及這個種族有多少隻壯丁。

口香糖不大,但是在上面住下來的細菌更小。這塊口香糖成了個和四周環境大不相同的島嶼,接納從空氣砂土來的苦命菌兒,成為它們落腳的新家園。比例上來說,一粒土粒相對於細菌的大小,大概等於兩棟台北 101 疊起來放在一個人的面前。

好高!圖/envato elements

101 頂樓的風景氣候都跟一樓大廳不同,那口香糖樣本的頂端和底端,對菌來說也就像是高山到平地,環境上應該也會有差異吧?研究人員撿起刀片,俐落地把其中一個樣本削成一公厘厚的薄片,準備分別來看看這低中高三個海拔裡是不是住了不一樣的細菌。

口香糖的生物地理學(認真)

每塊口香糖上的住民不是只有單種細菌,而是一整個細菌社會。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這個社會裡的細菌種類還蠻多的,有四五百種細菌同時住在上面。台北木柵動物園裡的動物,大約有四百種(維基說的),種數上它們是屬於同一個量級的。但這些細菌分散在不同門底下(來背一下,界門綱目科屬種),而動物園裡大部份動物都屬於脊椎動物門。所以我們可以說,人行道口香糖上的生物多樣性,是遠遠超過動物園的唷。

👀❓❓❓ 圖/envato elements

先來看那三個不同「海拔」的細菌社會。這些細菌社會在組成上,彼此間看起來沒有太大差別,顯然三公厘距離裡的環境變化,還不足以影響細菌社會的組成。可惜他們沒去看人行道相隔幾公尺的左邊右邊細菌社會的差別,不過資源有限就不怪他們了,畢竟沒有人會出錢讓你去研究這種議題,這種有娛樂性的主題或許該去找電視台贊助還會有一點機會。

接著我們把尺度放大到國際等級。同個島嶼上的細菌社會組成很相似,那分佈在不同國家,接受不同人類社會影響的細菌社會,會不會有類似的細菌居住呢? 

動物園的動物來自世界各地,而口香糖黏滿口水裡牙齒上的細菌,到地面後變成接受環境細菌移民。以這個為基礎來推論,來自法國的細菌社會,跟遠在土耳其的細菌社會,會因為同樣是來自人的口腔,而且同樣處於人類居住環境,就有類似的細菌社會組成嗎?——歐洲和亞洲的遙遠距離,會成為決定細菌社會組成的因素嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
研究人員分析了來自各地的口香糖樣本裡的菌種。圖/研究論文

很不幸地,作者沒有給我們答案。因為他的樣本實在是太少了,西班牙、法國和新加坡各只有兩個樣本,希臘和土耳其甚至僅有一個,實在沒代表性。你不能拿一個阿部寬來代表全部的日本男生嘛是不是。

好吧資料太少不能戰國家,但這些樣本間還是有些共通的特性。在這些樣本上出現的,大部份是曾經在戶外環境表面上被找到,適合在環境裡生活的細菌。他們拿野生口香糖細菌社會去各處比對,發現它們和南極冰河區石頭和太陽能板上的社會組成還蠻像的。

仔細想想,在人行道上曬到的太陽跟光電板的是同一個,同樣承受紫外線和高熱的壓力,會看到這樣的現象好像也就合理了。

生活在人行道口香糖上的細菌,跟來自於寒冷極區的細菌一樣,都受到強烈陽光直曬。圖/envato elements

口香糖與細菌的歷史重現(浪漫)

生態學上關心的是這個環境裡有什麼生物,以及為什麼有這些生物。口香糖先接觸到口腔,應該要有很多很多來自口腔的細菌,但是在這些來自各國的樣本裡,它們似乎不見了。這案情不單純,值得花點時間研究一下這段從離開口腔到再度被人拾起之間發生的歷史。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

講到歷史。《斯卡羅》一劇推出後引起討論風潮,但因為當時沒留下足夠詳細的資料,大家只能就手上有的資料各自拼湊解讀,猜測最有可能的真相。但如果看的是微生物的歷史,就可以透過重做實驗,再看一次這個過程裡發生什麼事。只要設好舞台,讓事件再發生一次,就有機會好好觀察這段時間裡的變化。

魔~幻~舞~台~!圖/GIPHY

這個「生物組成隨時間變化」的過程,在生態學上叫「演替(succession)」,一段演替發生的時間,都要好多代人的時間。想要在實驗室裡看到生物的演替,只有在細菌這種複製快速的生物上才有機會。

實驗回到瓦倫西亞大學的校園裡來進行。他們特別請了專人來做這個實驗裡最重要的工作:吃口香糖,而且要按固定標準吃。

這位志願者是位 36 歲的健康女性,她每天處理兩塊口香糖,每塊嚼 30 分鐘,讓上面的細菌品質保持一致。生產出來的口香糖會被放在人行道上觀察細菌的變化,她花了 12 天生產出來的口香糖,都被好好的放在瓦倫西亞大學校園裡的人行道上,然後準備變成連續 12 週的樣本,來追踪口香糖上的菌相在 12 週裡的變化。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

口香糖的細菌史(認真)

這些樣本也跟前面提過的各國樣本一樣,經過小心翼翼的處理後查出上面的細菌社會組成。在瓦倫西亞大學的口做歷史實驗結果,跟各國路上樣本看到的變化,走的是同一個趨勢。剛嚼完的口香糖上,如預期地都是口腔裡的細菌;而口香糖被移到人行道上之後,口腔裡的細菌開始承受環境的重大改變。

首先是環境溫度從體溫 37 度的恆溫,變成隨著日夜運行而有上下變化。人行道上也沒有口水的滋潤,和源源不絶的養份提供。這些嬌生慣養的口腔細菌,受不了這麼大的改變,數量逐漸減少。

被丟到人行道的口香糖細菌,開始承受日夜溫差。圖/GIPHY

在 12 週的變化裡,可以看到原本口腔裡的菌,在第一個月裡還能維持優勢,接著環境細菌的數量開始上升,第三個月起,環境菌開始超越口腔細菌,這是第一波的環境菌入侵。而在各國樣本裡看到的菌屬,則是在第三個月尾聲時出現,算是第二波的環境菌入侵。

研究團隊發現,口腔細菌裡有好菌也有壞菌的鏈球菌(Streptococcus),雖然數量慢慢下降,但到了三個月結束時還有超過 5% 的佔比。所以路邊的口香糖不要採(誰會啊),上面可能會有餓到快死掉的病原菌在等待重生的機會。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

你不「吃」口香糖,但細菌得吃

圖/envato elements

沒有人吃口香糖是為了攝取養份。但是當它離開了口腔,住在上面的細菌就必須真的「吃」口香糖才能存活。那到底它們吃到了什麼?

這群研究人員先是從人行道口香糖上分離出 15 種細菌,做為細菌社會代表。接著他們採了人行道上的口香糖,用了不知道什麼魔法把它們磨成了粉,加在培養基裡,看看它能不能幫助細菌生長。實驗結果證實,這些地上的口香糖裡,的確還殘存著足以養活細菌的養份。

神秘口香糖粉末(非當事粉)圖/envato elements

口香糖的膠體很難被分解,所以能當養份的就是吃起來甜甜的糖了吧?研究人員把可能加進口香糖裡的各種成份都拿來測試。細菌們跟人一樣喜歡蔗糖(sucrose),不過有些口香糖加的是取代蔗糖的甘露醇(mannitol)、山梨糖醇(sorbitol)或代糖阿斯巴甜(aspartame),這些也有不少細菌喜歡。

但標榜防蛀牙的木糖醇(xylitol,腦中響起賽駱駝),細菌就敬謝不敏了。另外,讓膠體軟化的甘油也能成為細菌的食物。能利用這裡養份的細菌,才有機會可以在這裡活下來。

這研究很惡搞

這篇研究為什麼會受到搞笑諾貝爾獎的重視呢?可能是因為它是入圍作品裡讓評審笑最大聲的那一篇吧!如果你覺得這是什麼亂七八糟的研究題目啊,然後把它丟在一邊,那就可惜了。

人家開宗明義就說了,這獎是要先讓人大笑,但是笑完可以讓你好好想想。

這雖然不是個完整的重要的研究,但它還是讓我們對未來有新的想像。

能有什麼新的想像呢?舉個例子來說吧!世界各國花了大把鈔票在對抗街上一直長出來的口香糖(據說英國每年要花七千萬歐元來清掉黏在街角的口香糖呢!),而且口香糖黏在一般建物牆上已經很惹人厭了,如果有人把它黏在歷史建築上,後續清理恐怕還會對古蹟造成進一步的傷害。這的確是個大問題。

這群研究人員在文中透露出他們想做但沒達成的希望——
我們不吃的口香糖,會不會有細菌愛吃,而可以請它們幫忙清除呢?

雖然這篇研究沒能直接測試細菌吃膠的能力,但根據他們得到的細菌名單,有些有分解口香糖膠體潛力的細菌,的確在各地樣本裡一再出現,至少說明它能在這些地方存活。或許在不遠的未來,科學家們真的能找到一種有本事住在街頭啃膠的細菌,只要把它噴灑在口香糖上,細菌們就能在暗巷裡默默執行清除工作。

※ 更多搞笑諾貝爾的相關介紹,請到泛科專題【不認真就輸了!搞笑諾貝爾獎】

參考文獻

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 2
陳俊堯
109 篇文章 ・ 22 位粉絲
慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

0

6
0

文字

分享

0
6
0
亞洲曾有牠的地盤!——美洲豹「脫非入美」的壯闊遷移史
Crystal_96
・2021/09/04 ・2219字 ・閱讀時間約 4 分鐘

美洲豹(Panthera onca),一看名字就能知道,現在除了在動物園以外,就只能在美洲看到了,但其實美洲只是牠們過去曾佔領的地區的一小部分。從留下來的化石可以得知,美洲豹是從非洲啟程,經過歐亞大陸一路移民到美洲的,在非洲、歐洲和亞洲都可以找到牠們的親戚留下的蹤跡,而且分佈非常廣泛,只是後來牠們都滅絕了,只剩下我們今天在中美跟南美可以看到的現生美洲豹。

Junior-Jaguar-Belize-Zoo.jpg
美洲豹。圖/Wikipedia

橫跨歐亞大陸,美洲豹壯闊的移民史!

科學家認為,美洲豹的祖先來自於非洲的原始大貓,牠們在更新世早期時幾乎同時進入了歐洲和西亞洲,在地中海的意大利、希臘和荷蘭等地區都有找到牠們的化石;後來在更新世早期的末端,海平面因冰期而下降的時候,牠們又從俄羅斯西伯利亞東岸與美國阿拉斯加西岸之間的白令陸橋擴散到了北美洲,最後在更新世的中期從北美走到了南美洲,完成美洲豹橫越幾個大陸的旅程。

這些在更新世留下化石的美洲豹親屬全都被歸納於歐美洲豹(Panthera gombaszoegensis)這個種,也是現生美洲豹最親近的親屬,甚至是牠們的祖先。牠們雖然與現生的美洲豹非常相似,但也有一些形態上的差別:現生的美洲豹擁有非常結實的牙齒,尤其是小臼齒,而上犬齒側面的直槽則退化了;而歐美洲豹的牙齒結實度比現生美洲豹低,犬齒上的直槽也都還在。不過,也有些科學家主張這些化石與現生美洲豹的差異,不足以讓牠們成為一個新的物種,而把牠們歸類為美洲豹的一個亞種 Panthera onca gombaszoegensis

美洲豹的祖先起源於非洲,之後擴散到歐亞大陸,最後經白令陸橋到達北美及南美洲。圖/參考資料3

都是豹甭分這麼細?亞洲的「歐美洲豹」

在更新世早期的初到中段生活在歐洲的歐美洲豹屬於 Panthera gombaszoegensis toscana 這個亞種,牠們的體型比較小;而到了更新世早期的末端及更新世中期的初段,在歐洲的歐美洲豹則歸類為 Panthera gombaszoegensis gombaszoegensis,牠們的體型最大,牙齒也比其他亞種結實。在更新世早期快結束時到達美洲的歐美洲豹則屬於 Panthera gombaszoegensis augusta

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而在我們身處的亞洲,從更新世早期的初到中段,在西部的喬治亞、中部的塔吉克斯坦和南部的巴基斯坦都有歐美洲豹的身影。德國的研究人員因為觀察到在喬治亞(Georgia)發現的化石的牙齒比其他的亞種細長而不結實,體型也比較小,而以它為模式標本,在 2010 年發表了 Panthera onca georgica 這個新的亞種。

在 2020 年,中國的一個研究團隊則覺得歐美洲豹應該是一個獨立的物種而不是現生美洲豹的亞種,而重新把化石歸類在 Panthera gombaszoegensis georgica;而且他們發現,在亞洲的歐美洲豹化石都跟喬治亞的模式標本有相同的特徵,所以把它們全都歸類為同一個亞種,跟歐洲的歐美洲豹區分開來。

在亞洲西部喬治亞發現的歐美洲豹化石,是亞洲亞種 Panthera gombaszoegensis georgica 的模式標本。圖/參考資料2

美洲豹在歐亞絕跡,與花豹當上一哥有關?

歐美洲豹和現生的美洲豹最大的差別在於牙齒的形態,因此推測跟牠們的食性息息相關。現生美洲豹喜好捕獵有堅硬鱗片或硬殼的動物,如犰狳以及凱門鱷,為適應這個偏好,歐美洲豹在到達美洲以後演化出了較強壯的小臼齒和比較退化的犬齒直槽。反之,在歐美洲豹曾經生活過的歐亞大陸並沒有犰狳,而且在亞洲南部的鱷魚體型較大,超出歐美洲豹可以捕殺的範圍,因此牠們的食性可能較廣泛,不像現生的美洲豹一樣偏好有硬殼的獵物,因而還沒演化出更結實的牙齒,齒槽也沒有完全退化。

由於歐美洲豹的食性廣泛,和花豹(Panthera pardus)相近,而且牠們在歐洲和亞洲都有共存過的紀錄,因此有研究人員推測,牠們之間很有可能曾經出現資源上的競爭,是導致歐美洲豹最後在歐洲絕跡的其中一個因素穴獅(Panthera spelaea)、斑鬣狗(Crocuta crocuta)及直立人(Homo erectus)也可能是歐美洲豹的競爭者之一。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在亞洲,歐美洲豹確切的化石紀錄最晚只到更新世早期的中段;而在歐洲,在四十五萬到三十萬年前這段期間,歐美洲豹就變得比以前稀少,直到在三十萬年前完全消失。在這以後,歐洲的花豹不只數量增加、體型變大,分佈也變得更廣,取代了歐美洲豹的生態區位。

生物自古分佈變化多,化石乘載遷移史

美洲豹曾經在好幾個大陸上生活過,現在卻只能在美洲找到牠們的身影,我們只能以化石紀錄來推測牠們擴散的路徑和滅絕的原因。其實大部分生物的分佈都不斷地在變化,現在我們所能看到的,只是牠們曾經生活過的範圍的冰山一角而已。

經歷過數百萬年的擴散、海平面的升降和大小型的滅絕事件,只有化石紀錄才能告訴我們現在的生物是從哪裡來,曾經在哪些意想不到的地方生活過,又為何消失。因此,只有藉著化石回到過去,我們才能看到不同的生物曾經在甚麼環境與壓力下生存、跟哪些生物共存,又會因哪些因素而滅絕,真正了解一個物種與環境及其他生物之間的關係。

參考資料

  1. Marciszak, A., Lipecki, G. 2021. Panthera gombaszoegensis (Kretzoi, 1938) from Poland in the scope of the species evolution. Quarternary International.
  2. Hemmer, H., Kahlke, R. D., Vekua, A. K. 2010. Panthera onca georgica ssp. nov. from the Early Pleistocene of Dmanisi (Republic of Georgia) and the phylogeography of jaguars (Mammalia, Carnivora, Felidae). Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie Abhandlungen. 257: 115-127.
  3. Jiangzuo, Q., Liu, J. 2020. First Record of the Eurasian jaguar in southern Asia and a review of dental differences between pantherine cats. Journal of Quaternary Science. 35(6): 817-830.
  4. Sims, M. E. 2005. Identification of mid-size cat skulls. Identification Guides for Wildlife Law Enforcement No. 7. USFWS, National Fish and Wildlife Forensics Laboratory, Ashland, OR.
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

0

1
1

文字

分享

0
1
1
原住民族的傳統知識,讓科學家更了解仙女圈的形成
one minute biology
・2023/06/18 ・2010字 ・閱讀時間約 4 分鐘

奇怪的仙女圈

如果你漫步在澳洲西部的旱地上,你可能會看到(圖 一)中的奇怪景象。

原本長滿鬟刺屬(spinifex)植物的土地上赫然出現一圈圈的紅土區域,上面沒有長任何植物,這種奇怪景象被稱為「仙女圈(fairy circles)」。

(圖 一)俯瞰仙女圈。圖/© Mike Gillam 2021Creative Commons

和神秘的麥田圈不同,他不是一夕之間所形成的,更沒有麥田圈一般詭異難解,事實上,自上世紀 70 年代科學家首度在南非發現這種特殊的現象後,就一直有許多科學研究嘗試以各種證據和理論解開仙女圈背後成因,時至今日,仙女圈的成因仍備受爭議。

既然不知道,何不問問「在地人」?

今年 4 月發表在 nature ecology & evolution 的論文"First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ’fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia"嘗試從一個特別的角度來解決這個問題,那就是「馬爾圖族(Martu)的傳統知識」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

既然說是「特別的角度」,肯定代表這篇研究與其他有所不同。一般進行生態學研究時,很少會考慮當地原住民族對於生態系統的認識和見解,然而,原住民族通常已經在某一個生態系裡面生存非常久的時間,因此通常會累積大量的傳統生態學知識(traditional ecological knowledge),這通常牽涉到長期的觀察驗證,並不是現代科學方法短時間內可以做到的。

因此,科學家在探討仙女圈的形成原因時,決定先來「問」看看生活在澳洲這塊土地超過 65000 年的澳洲原住民族。

結果顯示,仙女圈這種特殊的構造確實烙印在馬爾圖族的文化裡,他們認為仙女圈的形成和白蟻之間有很大的關係,這樣的生態學知識不只出現在口耳相傳的文化中,也出現在古老的圖騰裡,例如(圖二)就顯示了澳洲馬爾圖族的祖先很直接地把仙女圈的出現以及白蟻(termite)連結在一起(圖二 b 中有些圈圈裏面像等號的白色圖騰就是白蟻,而圖二 d 中那些紅色的像熱狗的圖騰也是白蟻(沒錯,因為這些圖片給的授權只有 CC BY-NC-ND,所以我不能在上面加註釋))。

(圖二)馬爾圖族傳統藝術中的仙女圈和白蟻。圖/(b)© estate of the artist,
licensed by Papunya Tula Artists and Aboriginal Artists Agency. (d)© estate of the artist, licensed by Papunya Tula
Artists and Aboriginal Artists Agency. Creative Commons

根據馬爾圖族的生態知識,仙女圈是白蟻的「家」,而仙女圈外的區域則是白蟻的「通道」。除此之外,馬爾圖族還發現仙女圈的土表具有堅硬的特性,仙女圈的土表堅硬到可以用工具敲擊地面以使幫助穀物褪去外皮。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「在地人」說的到底是不是對的?

然而,前人研究的研究基本上已經抦棄了仙女圈的形成和白蟻有關這種想法,因為他們並沒有在仙女圈中發現很多白蟻。這代表原先的科學觀察結果和馬爾圖族的傳統知識有所出入,究竟誰更正確呢?

研究結果顯示,馬爾圖族的生態知識很可能是對的。

研究團隊實際挖開仙女圈以後發現仙女圈中真的有不少白蟻,挖的洞裏面有 41% 挖到白蟻。此外,在仙女圈中挖的洞中高機率含有所謂的「巢腔(chamber)」,巢腔的功用是育幼、休息以及儲藏食物排泄物等等,通常會集中在某一個特定區域形成「巢(nest)」。仙女圈外的區域則鮮少出現巢腔這種構造,但是仙女圈外的區域卻很容易挖到覓食用的通道(圖三)。

(圖三)仙女圈內(橘色)和仙女圈外(藍色)在巢腔數量、通道數量上出現顯著的差異。圖/© Walsh et al. 2023. Creative Commons

綜合馬爾圖族的傳統知識以及科學研究的結果,澳洲仙女圈的形成確實可能和白蟻的建築構造有關,因為仙女圈內外的白蟻建築構造有明顯的差異。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然本研究作者最後並沒有對於仙女圈形成的確切原因給出特定理論,但筆者推測,可能正是因為白蟻巢室堅硬的構造造成仙女圈堅硬的土表,沒有良好的土壤結構而植物自然無法在仙女圈上生長。

傳統生態知識和西方科學知識擦撞出意外的火花

原住民族的傳統生態知識確實可以在科學進展上扮演重要角色,這篇研究就是一個很有趣的例子。

一般而言,科學研究所涉及的方法幾乎全都是所謂的「量化研究(quantitative research)」,然而,這篇研究卻先使用質性研究(qualitative research)的方法調查馬爾圖族的傳統知識(順帶一提,這篇研究的作者多達 39 位,其中有 23 位是澳洲馬爾圖族的專家和耆老),再以此為靈感進行科學調查,可以說是相當有趣的做法。

馬爾圖族對於仙女圈的傳統知識遠遠不僅止於此,仙女圈中間堅硬不透水的特性使其成為大雨後馬爾圖族的臨時蓄水池,這個蓄水池在人類文明和生態上扮演甚麼作用?馬爾圖族和仙女圈的故事還會繼續寫下去。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考文獻

  1. Walsh, F., Bidu, G. K., Bidu, N. K., Evans, T. A., Judson, T. M., Kendrick, P., … & Williams, C. M. (2023). First Peoples’ knowledge leads scientists to reveal ‘fairy circles’ and termite linyji are linked in Australia. Nature Ecology & Evolution, 7(4), 610–622.
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
one minute biology
2 篇文章 ・ 1 位粉絲
One minute biology 致力於分享新鮮有趣的生物研究和知識,希望能夠以淺顯易懂的方式讓讀者了解研究論文中的專業內容。IG專頁:oneminutebiology。