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藝術品保護海洋生態

科學人_96
・2013/10/23 ・814字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 425 ・四年級

墨西哥的海底雕塑公園分散了遊客的注意力,讓珊瑚礁不受打擾。

撰文/凡斯(Erik Vance)

ghostly-underwater-museum-starts-to-divert-tourists-from-endangered-reef_1
Image: Jason deCaires Taylor

墨西哥坎昆附近一處國家公園的經理發現,當地熙來攘往的遊客讓曼丘尼斯珊瑚礁(Manchones Reef)付出慘痛代價。

珊瑚礁周圍海水清澈湛藍,每年大約吸引8萬7000名潛水客到此造訪,配備水肺裝置的潛水客和遊覽船讓海龜、皇后神仙魚、斑點三棱箱魨及其他珊瑚礁生物大受干擾及驚嚇。經過一些嘗試錯誤,國家公園主任康托(Jaime Gonzalez Canto)找到了一個解決方案:重新導引遊客前往另一個海底奇觀。他讓英國藝術家泰勒(Jason deCaires Taylor)創作了許多兼具人工珊瑚礁功能的水下雕塑,這座水底藝術博物館於2010年開張。

這項計畫在艱難中起步,一開始,雕像上長出一層毛茸茸的海藻,海膽紛紛附著在上面,旅遊業者要求國家公園進行清理。康托不得不清洗半數的雕塑,這讓他們從珊瑚礁生態中上了一課。除去了海膽的雕塑很快又再長出植物薄層(見右圖)。相反的是,沒處理的雕像則很快長滿了堅硬的碳酸鈣保護層,這是由海藻底下逐漸長出的生物群落所分泌,這些人工裝置逐漸成為一個微型的礁石。

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直至今日,這處雕像公園與棲地已有超過450座由多孔水泥製成的深水雕像,一開始上面只長了火珊瑚,隨後,各式各樣的珊瑚、海綿及熱帶魚開始附生在雕塑上,形成繽紛多樣的生態;隨著雕像被掩蓋,一座完整的珊瑚礁便在該處成形。墨西哥有兩所大學的研究人員正在研究這些雕像如何隨著時間而轉變,以及該博物館吸引遊客離開鄰近備受干擾的珊瑚礁的程度。

康托說:「我們面臨的挑戰是必須吸引潛水客全都到雕像這裡來,如果可以找到不錯的替代方案,某種能夠吸引遊客的東西,不只是一天,還可能是兩天或三天,或許有一天我們就能完全不去打擾這些自然資源。」這些成果也能提供全球其他正努力進行類似工作的地方當參考。(林慧珍 譯)

SA原文:Ghostly Underwater Museum Aims to Divert Tourists from Endangered Reef

刊載於《科學人》2013年第139期9月號

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科學人_96
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《科學人》雜誌-遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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群眾監控科技:以 2023 雪梨世界驕傲節為例
胡中行_96
・2023/03/16 ・3422字 ・閱讀時間約 7 分鐘

COVID-19 疫情趨緩後,各國都敞開大門,迎接國際觀光客。今年雪梨同志狂歡節(Sydney Gay and Lesbian Mardi Gras)的主辦單位,與 InterPride 合作,將活動升級為 2023 雪梨世界驕傲節(Sydney World Pride)。[1]其中最受矚目的年度大遊行,也於 2 月 25 日晚間,重磅回歸 Oxford 和 Flinders 兩街。[2, 3]

今年遊行中,率先登場的女同志團體「Dykes on Bikes」。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)
今年遊行的第二個隊伍,是男同志團體「Boys on Bikes」。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)

警察的角色

澳洲雪梨一年到頭,觀光活動難以計數。從知名的跨年煙火、國慶典禮、體育賽事、聖誕市集、繽紛雪梨燈光音樂節(Vivid Sydney)到同志狂歡節等,[4]負責維安的警察早已身經百戰,什麼場面都見過了。如果當天鬧事被逮的人數不多,他們有時還會在事後,透過新聞稿嘉勉群眾幾句。[5]雖然新南威爾斯州警察,在1978年拘捕同志運動抗爭者;但誰也沒想到他們後來化敵為友,自 1998 年起,竟每屆都組隊參加遊行。[6, 7]

2023 年面對前所未有的人潮挑戰,他們派出 900 多名員警,並與主辦單位、雪梨市政府、科技保全公司,以及州政府的觀光、交通、消防和急救等部門攜手合作。[2, 7]

曾參與 1978 年抗爭的同志乘車遊行,受到群眾熱烈歡迎。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)
新南威爾斯州警察今年的遊行花車。(不含背景右上的彩虹旗。)圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)

RAMP分析

根據英國曼徹斯特都會大學(Manchester Metropolitan University)G. Keith Still 教授 30 多年的經驗,規劃大型活動時,要從 RAMP 分析(RAMP Analysis)的 4 個面向,評估群眾安全。[8]

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  1. 路線(routes):進入與離開的方向。[8]雪梨同志遊行的隊伍,一般不超出 Oxford 和 Flinders 這兩條街。[2]遊客則必定是從四面八方,逐漸湧入。
  2. 區域(areas):人群聚集的範圍。[8]當天的交通管制,擴及市中心與市郊的幾條主要幹道。[9]
  3. 動向(movement):進場及散場的時間。[8]官網號稱遊行從晚上 6 開始,預計 11 點結束。[10]實際上,觀眾提早幾個小時佔位,正式開幕的時間為晚上 7 點左右,而結束後不少人仍於附近逗留。各街道的交通管制不同,最早從下午 2 點開始,最晚至隔天凌晨 4 點結束。[9]
  4. 群眾(people):對參與群眾的了解。[8]官方預計有 1 萬 2 千 500 人和 200 多輛花車參與遊行。[10]此外,疫情解封以及世界驕傲節的國際觀光效應,勢必帶來人數龐大,而且類型多元的遊客。

此活動行之有年,遊行的路線、群眾聚集的區域,以及周邊交通管制的規劃等,多少都有參考依據。唯一可能比較難以預測的,是今年會增加的遊客。

遊行開始前,Oxford 和 Flinders 街口的人海。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)
散場時,尚未撤離的維安、急救、轉播和封街用車輛。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)

群眾與手機

為了精準掌握群眾的情形,這次遊行首度依循跨年和燈光音樂節的模式,請動態群眾測量(Dynamic Crowd Measurement)公司在遊行地點周邊,架設了臨時性的監視攝影機與手機偵測器材。[2]

  1. 監視攝影機:配合相應的軟體,從蒐集到的個體表情,例如:開心、中性、難過、生氣等,分析群眾情緒的平均值。同時,測量他們步行移動的速度[2]
  2. 手機訊號:現在幾乎人手一機,由手機通訊用的電磁波,便可推估現場人數。接受《雪梨晨鋒報》(Sydney Morning Herald)訪問的專家認為,不仰賴基地臺的技術,可以避免人數過多時,電信網絡的數據失準。動態群眾測量公司在附近店面,安裝臨時性的偵測器材。[2]
澳洲原住民團體帶了一條蛇來助興。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)
技職學校(TAFE)隊伍的大型人偶。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)

監控軟體的功能

監視攝影機蒐集到的數據,會被上傳雲端,並呈現於動態群眾測量公司設計的軟體。[11]遊行當天,由主辦單位的工作人員監控,再將必要的資訊報告給警方,以疏導聚眾。[2]下面是該公司官網,所介紹的軟體特色功能:[12]

  1. 地理空間熱區圖(geospatial heatmap):地圖以不同顏色,顯示人群的密集程度,並附帶群眾情緒和人流速度等資訊。[12]
  2. 警報程度指標(alert level indicator):將各區域的危險程度,分級且視覺化,方便監控者一目了然。[12]
  3. 區域監視(zone monitor):群眾密度、情緒和移動速率的警示程度,各區域可以分開設定。[12]
  4. 數據回放(data playback):除了即時監控,已經上傳雲端的數據,也能重新調出來檢視。[12]
  5. 通知管理(notifications manager):客製化群眾密度、情緒平均值,或移動速率等警示,以接收特定的更新資訊通知。[12]
  6. 視覺驗證(visual validator):將即時影像或地理空間熱區圖,與數據並列比較。[12]
動態群眾測量公司的軟體介紹影片,範例地圖是臨近雪梨歌劇院的環形碼頭。影/參考資料11

隱私疑慮

美國喬治城大學法律中心(Georgetown University Law Center)的 Paul Ohm 教授曾說,手機的位置,不該被視為匿名數據。試想一個人幾乎每天在住家與公司之間往返,從手機蒐集到的地理資訊,還真能推測出其身份。[13]所以,參與雪梨同志遊行的群眾,是否有個人隱私外洩的疑慮?主辦單位的發言人表示,他們單純偵測範圍內的手機數量,不包含任何個人化特徵。另外,監視攝影機不具人臉辨識功能,影像也不留紀錄,只儲存數據,因此大家不用擔心。[2]

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雪梨舞蹈團的遊行花車。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)
工人團體的遊行花車。圖/胡中行攝(CC BY-SA 4.0)

通宵達旦

遊行吸引 30 萬人聚集,[14]連總理 Anthony Albanese 也親臨現場,成為第一位參加此活動的澳洲現任元首。[3]整晚狂歡不夠,據報相關的官方派對,還續攤到翌日早晨 8 點。[14]遊行當天有 4 人遭到逮捕;而衝突過程中,1 名員警似乎斷了鼻子,另個眼睛瘀青。[7, 15]除此之外,賴在地上阻擋花車的國會議員 Lidia Thorpe,被和平勸離,並登上各大媒體。[16]新南威爾斯州警察在新聞稿中,表示滿意群眾表現,請大家在 2023 雪梨世界驕傲節剩餘的活動裡,繼續關照彼此的安全。[7]

總理 Anthony Albanese 是第一位參加同志遊行的澳洲現任元首。圖/Anthony Albanese on Twitter

  

參考資料

  1. InterPride. ‘Proud to be here – Who we are’. Sydney World Pride 2023. (Accessed on 27 FEB 2023)
  2. Grubb B. (24 FEB 2023) ‘How your phone and mood will be tracked at Mardi Gras’. Sydney Morning Herald.
  3. Anthony Albanese makes history as first sitting PM to march in Sydney’s Mardi Gras parade’. (26 FEB 2023) SBS News.
  4. Destination NSW. ‘Sydney, Australia’. Sydney.com. (Accessed on 26 FEB 2023)
  5. Police pleased with behaviour of revellers during 2022 New Year’s Eve celebrations’. (01 JAN 2023) NSW Police Force.
  6. The Age & Sydney Morning Herald. (24 FEB 2023) ‘Sydney Mardi Gras – from ’78 to World Pride’. YouTube.
  7. 45th Mardi Gras celebrated in high spirits and perfect weather’. (26 FEB 2023) NSW Police Force.
  8. Still GK. (2019) ‘Crowd Science and Crowd Counting’. Impact, 2019(1): 19-23.
  9. InterPride. ‘Sydney Worldpride 2023 Road Closures’. Sydney World Pride 2023.  (Accessed on 01 MAR 2023)
  10. InterPride. ‘Mardi Gras Parade’. Sydney World Pride 2023. (Accessed on 26 FEB 2023)
  11. Shortstories Media. (28 JUL 2022) ‘DCM/Dynamic Crowd Measurement Explainer Video’. YouTube.
  12. DCM Features’. Dynamic Crowd Measurement. (Accessed on 28 FEB 2023)
  13. Thompson SA, Warzel C. (19 DEC 2019) ‘Twelve Million Phones, One Dataset, Zero Privacy’. The New York Times.
  14. Hyland J, Pearson-Jones B. (26 FEB 2023) ‘The morning after! Mardi Gras revellers finally start heading home as the last official party ends at 8am – and there’ll be some sore heads today’. Daily Mail Australia.
  15. Sarkari K, Sciberras A. (26 FEB 2023) ‘Police praise behaviour of Mardi Gras attendees as Anthony Albanese makes history’. 9News.
  16. Hildebrandt C. (27 FEB 2023) ‘Federal senator Lidia Thorpe halts Sydney’s Mardi Gras parade with police protest’. ABC News.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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40 年珊瑚之謎終於揭密——「滿月後的黑暗」是同步產卵的關鍵
研之有物│中央研究院_96
・2022/05/09 ・5967字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/林承勳、簡克志
  • 美術設計/林洵安、蔡宛潔

解開 40 年珊瑚同步產卵謎團

早在 1980 年代科學家就發現,珊瑚彼此之間很有默契,會在短時間內一起繁殖,附近水域瀰漫大量珊瑚卵,形成令人歎為觀止的壯麗畫面。對於珊瑚同步產卵現象,過去學者推測是受到溫度、潮汐、光線等因素影響,但觸發產卵的關鍵原因一直都沒有被確認。

經過 40 年,在中央研究院生物多樣性研究中心團隊努力下,終於揭開秘密!中研院「研之有物」專訪野澤洋耕副研究員與林哲宏博士後研究員,他們發現珊瑚同步產卵的關鍵就在於日落到月昇的黑暗時間

野澤洋耕的團隊在臺灣綠島進行長期觀察和研究,終於發現珊瑚同步產卵的關鍵因素。珊瑚繁殖季(南臺灣約 4-6 月)滿月過後,日落到月昇之間的黑暗期觸發了珊瑚產卵的條件。圖片為正在產卵的環菊珊瑚。圖/林哲宏

奇怪的知識增加了:原來珊瑚是一群型態差異相當大的動物!

由於珊瑚只能附著在固定位置、無法移動,因此曾被誤認為是植物。而且珊瑚的外觀又很容易誤導民眾,直覺認為一大株珊瑚就是一個生物體。但事實上,大多數的珊瑚其實是一群珊瑚蟲的聚落;只有少數像蕈珊瑚科(Fungiidae)部分種類,才是一隻巨大珊瑚蟲為一株珊瑚個體。

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以造礁珊瑚為例,珊瑚蟲聚落可分成非生物與生物兩個部分:成分為碳酸鈣的珊瑚石是保護殼和居所;覆蓋在珊瑚石上面的就是無數隻活跳跳的珊瑚蟲。

珊瑚蟲被分類在刺絲胞動物門,牠們外觀跟同門的海葵相似,有著圓筒身軀、一個開口,開口周圍分布數隻觸手,觸手上密布著刺絲胞,能捕撈浮游生物來吃。珊瑚蟲另一種食物來源是由互利共生的蟲黃藻提供,蟲黃藻會行光合作用產生養分與氧氣,同時也為白色的珊瑚石、透明的珊瑚蟲帶來繽紛色彩。

造礁珊瑚(又稱石珊瑚)的珊瑚蟲聚落,最初都是從一隻珊瑚蟲開始,透過緩慢持續的生長過程,才逐漸長成我們看到的珊瑚礁。圖/iStock

在海裡看到大大小小的珊瑚,最初都是由一隻體積微小的珊瑚蟲,分裂再分裂而來,珊瑚蟲們不斷進行無性生殖,經年累月分裂出大量個體。為數眾多的珊瑚蟲們世世代代分泌的碳酸鈣逐漸堆積,一直到如城堡般巨大,就形成所謂的「珊瑚礁」。珊瑚礁被科學家們認為是海中的熱帶雨林,提供魚類、甲殼類等生物棲息地與豐富食物、能量。

中研院副研究員野澤洋耕認為,珊瑚是種非常神奇的生物,從原本微小到肉眼無法辨認的一隻珊瑚蟲個體,居然能不停分裂生殖,最後數以億計隻珊瑚蟲群聚成唯一能夠從外太空觀察到的地球生命:大堡礁。

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只是,珊瑚蟲用分裂生殖新增的,是跟上一代基因、外形一模一樣的個體,這類無性生殖無法增加基因多樣性,還會讓族群失去面對環境變動的適應能力。因此珊瑚必須要另外花費時間、能量排精產卵,行有性生殖製造具有嶄新基因的後代。

珊瑚可以透過無性生殖和有性生殖繁衍個體。圖/研之有物(資料來源│Global Foundation for Ocean Exploration

珊瑚也懂投資?雞蛋分籃放與孤注一擲的產卵選擇

不像魚類可以找到配偶後再產卵受精,固定不動的珊瑚只能直接把精卵釋放到海水中。為了克服無法移動的劣勢,牠們會採取同步策略,約好在短時間內一起排出數量驚人的精卵。如此一來就能大大提高精卵濃度來增加受精成功率,即使有掠食者在旁想趁機飽餐一頓,也會頓時眼花撩亂、顧此失彼。

人們眼中珊瑚產卵的美景,同時也是生物為了繁衍而克服大自然困境的努力。

珊瑚同步產卵還能再細分成兩種模式,野澤洋耕指出,珊瑚一年只產卵一次,有些種類偏好分散風險,群體內珊瑚同時產卵,各群體間則是彼此錯開,可能往前往後幾天;另外有些珊瑚則是孤注一擲,約好「全部」一起生。相對來說後者受精機率當然更大,但當天要是碰到暴雨、颱風等天氣因素攪局,該年可能幾乎不會有後代成功生存。

看起來風險很高,只是既然會演化出不同方法,就代表雙方各有優勢。」野澤洋耕解釋地說。但不管是謹慎還是賭性堅強的種類,無法移動、不能彼此溝通的珊瑚,到底是用什麼方法約好一起產卵?自從 1980 年同步產卵現象被發現後,這謎團足足讓世人困惑了 40 年之久。

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七年田野調查資料顯示,關鍵因子藏在月週期裡

從 2010 年開始,野澤洋耕的研究團隊每年都會在珊瑚繁殖季(南臺灣通常是四、五、六月),來到綠島潛水調查。調查期間,團隊每晚下水記錄珊瑚種類、數量與排卵時間,在累積七年的調查資料後,博士後研究員林哲宏發現每一種珊瑚都有明顯的生殖模式。

根據研究團隊現有紀錄,隸屬於繩紋珊瑚科(Merulinidae)的珊瑚是採取分散風險策略,不同群體分批同步產卵。雖然群體間產卵日子錯開,但時程非常固定,都是在「滿月」之後五到八天;綠島還有另一大宗珊瑚,是分在軸孔珊瑚屬(Acropora)下的一些種類,牠們是「全部」約好在同一天產卵,但到底是哪一天,每年觀察到的日期都不太一樣。

「繩紋珊瑚科就是固定在滿月後五到八天產卵;軸孔珊瑚屬也是在滿月後,但毫無規則可言。」林哲宏說。即使如此,兩者都是在滿月後產卵,研究團隊於是鎖定月週期的因子:月光,來進行檢驗。

繩紋珊瑚科 vs 軸孔珊瑚屬。圖/研之有物(資料來源:Wikipedia、iStock)

室內室外重複操作結果都顯示:夜間光源會抑制珊瑚產卵

由於繩紋珊瑚科的環菊珊瑚(Dipsastraea speciosa)在綠島很常見,觀察、樣本取得都很容易,加上生殖時間又有跡可循,團隊就選擇該物種來進行實驗。「將月光遮住後,環菊珊瑚就提早產卵了。」野澤洋耕表示,初步實驗結果意味著滿月後的黑暗,就是通知珊瑚準備產卵的環境訊號

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環菊珊瑚隸屬於繩紋珊瑚科,群體間大量產卵通常發生在滿月之後五到八天。圖/林哲宏

為了避開其他環境因子干擾,實驗首先是在研究室的水缸中進行;接著團隊來到綠島北邊的公館附近,要確認珊瑚不論是在人工環境或自然棲地中,都會因為黑暗籠罩提前產卵。「我們每天都下水,在滿月前三天、前一天,還有滿月後一天幫珊瑚蓋上不透光的鋁箔布或透明布。」林哲宏說。結果符合預期:珊瑚越早被蓋上黑布,就會越快產卵,很規律地在接收到黑暗訊號之後的五到八天大量產卵。

研究團隊在綠島設置實驗觀察環菊珊瑚產卵,人工控制在滿月前三天、前一天和後一天都不照月光,發現珊瑚越早蓋上布,就會越早觸發產卵時機。圖/PNAS

不同光譜的光源,都會有相同的抑制效果

除了照光與否,林哲宏還加入光源光譜與密集度的試驗。因為 2006 年刊登在《Science》期刊的一篇論文指出,珊瑚可能會偵測月光。野澤洋耕提到,論文中說明珊瑚只要照到月光,體內的 cry 基因就會表現,而且 cry 基因對藍光特別有反應。

所以團隊再回到研究室內,用人工光源模擬月光強度,分別給予紅、藍、綠三種不同色光,想確認是否真的如文獻資料敘述,不同光譜光源會給珊瑚帶來不同程度的刺激。但實驗證實,三種色光照下去,珊瑚都一樣不產卵。也就是說,目前蒐集到的線索都指向:黑暗是珊瑚產卵的關鍵

40 年珊瑚之謎,謎底就是日昇與月落之間的黑暗時段

經過一連串抽絲剝繭,終於確認夜間光線會抑制珊瑚產卵。然而團隊想進一步了解,珊瑚於漫漫長夜中只要一瞬間照到光就會被干擾,還是要有多長曝光才能達到抑制效果。因此團隊在實驗室環境中,個別探討了整晚黑暗、整晚照光、前半夜(日落到午夜)照光,還有下半夜(午夜到日出)照光等四種情形。

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結果顯示,下半夜照光跟整晚保持黑暗的組別一樣,珊瑚在五天之後同步排卵;前半夜照光,效果與整晚照光相同,會讓珊瑚延遲生產且產卵同步率下降。「看到這現象,我們推測珊瑚感應光線的受器應該有『營業時間』。」林哲宏笑著說,受器營業時間大概是在日落後到午夜,不過不同珊瑚個體還是存在著些許差異。

答案終於揭曉:以環菊珊瑚來說,只要連續兩個夜晚,於日落後有一小時左右的黑暗時段,就達成同步產卵的要件。這也解釋了珊瑚為什麼都挑在滿月後繁殖,林哲宏指出,因為地球自轉同時月球又繞地球轉的緣故,每天月球升起的時間會延遲約莫 30-70 分鐘[註1]。對照繁殖季四月的月週期,月初時月球升起會落在下午兩點多,之後每天延遲直到滿月,月球才會於日落後升起,而中間的黑暗期就是在告訴珊瑚:可以準備生產了。

選在滿月後生產是有其優勢的,野澤洋耕提醒說,環菊珊瑚產卵適逢黑暗、小潮,昏暗的環境能稍微蒙蔽掠食者目光,加上小潮時海浪沒那麼強,精卵不至於馬上被沖散。

研究團隊經過長年自然觀察以及實驗條件的控制,終於找出珊瑚同步產卵的秘密,關鍵就在繁殖季的滿月日之後的黑暗期。圖1顯示滿月日之前,月光會抑制珊瑚產卵,圖2顯示滿月日之後,日落月昇中間的黑暗期,觸發了珊瑚產卵的條件。圖/PNAS

收到「暗」示後,珊瑚卵需要五天催熟

至於繩紋珊瑚科固定在滿月後五到八天產卵的微觀機制,研究團隊還在努力研究中,有可能與精、卵的成熟機制有關,以下是研究團隊針對觀察現象的推測。

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繩紋珊瑚科是雌雄同體,珊瑚蟲體內先產生精子與尚未成熟的卵子,當珊瑚接收到連續兩天黑暗的刺激,卵子的細胞核就會逐漸往卵細胞邊緣移動。整個過程稱作胚核遷移(germinal vesicle migration, GVM),需要花費五天左右。

胚核遷移完成後,卵細胞核會開始瓦解,耗時約莫三到四個小時,稱作胚核破裂(germinal vesicle breakdown, GVBD),此時卵細胞幾乎已經為受精做好準備。接著,成熟的卵子與精子會被打包在一起,變成叫做「精卵束」的構造。野澤洋耕提到,精卵束被珊瑚排出體外後,會一路浮到水面,畢竟精卵在二維的海面相遇機率要比在三維的水下空間來得大些。

精卵束在水面破裂,釋出的卵子只剩最後一個步驟:擠出細胞內的極體(polar body),就可以跟精子結合了。有趣的是,年輕的卵會優先跟不同珊瑚的精子結合;但時間一長,即使是同一個珊瑚的精子也會接受。「不然再等下去,不是被沖散就是被吃掉,受精機會只會越來越渺茫。」林哲宏補充地說。

成功受精後受精卵會沉到水裡,並發育成一隻具有纖毛、可以自由活動的實囊幼蟲。實囊幼蟲會花好幾天在海底尋尋覓覓,待找到合適的地點,就附著、變態成為再也無法隨意移動的珊瑚蟲。接著珊瑚蟲會不停地分裂、分泌碳酸鈣,長成一株株珊瑚。

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野澤洋耕副研究員解釋目前正在研究中的珊瑚產卵微觀機制。圖/研之有物

奇妙機緣讓多年研究心血登上國際期刊

「說起來實在幸運,原本稿子都投到其他期刊去了。」論文第一作者林哲宏笑著說,前一陣子日本學者高橋俊一來臺灣訪問交流,意外讓這次珊瑚產卵新發現得以刊登在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

琉球大學教授高橋俊一在中研院停留時,順道拜訪同鄉人野澤洋耕的研究室,閒聊之下發現兩人居然還是大學同學。「大學時我們僅是點頭之交,畢業後再也沒有對方消息了。」野澤洋耕表示,高橋俊一後來在琉球大學進行熱帶生物基因、分子領域研究;自己則是在中研院、綠島兩邊奔走,做珊瑚生態、行為調查,沒想到老同學會偶然在學術圈再度相遇。

在高橋俊一的建議之下,雙方合作將實驗擴展得更加完善。林哲宏提到,高橋提供一些安排實驗、投稿期刊的秘訣,像是在實驗室內與自然環境中重複出相同結果,增加成果的說服力;撰寫論文時盡量保守,只寫已經確定的內容,不要節外生枝;還有花心思修飾文字段落安排,保持耐心與審查委員溝通等等。

巧妙的緣分促成臺日研究團隊跨國合作,也讓野澤洋耕與林哲宏等人多年來勤奮研究的成果有機會能夠被刊登在重量級期刊中,讓珊瑚產卵真相可以得到更多注意。

珊瑚產卵研究需要長時間投入,野澤洋耕副研究員(中)與林哲宏博士後研究員(右)團隊多年研究成果,終於刊登在美國國家科學院院刊(PNAS)。圖/研之有物

艱難的生態研究柳暗花明,組成跨國團隊再出發

回想起當初因為潛水的興趣才選擇珊瑚當作研究主題,經過 20 多年後,野澤洋耕慢慢開始期待自己的研究,能為持續減少的珊瑚族群帶來些貢獻。野澤洋耕提到:「很開心可以在這裡研究,中研院的支持讓我沒有後顧之憂。」

解開環菊珊瑚的同步產卵之謎後,林哲宏接下來要到現任老闆的老同學:高橋俊一在琉球大學的實驗室,展開新的珊瑚研究計畫。而野澤洋耕表示,他還是會繼續協助林哲宏的博士後研究,因為這次主要聚焦在環菊珊瑚,他們還想知道同樣是繩紋珊瑚科的其他種類,是否也是因為黑暗刺激同步產卵;還有軸孔珊瑚滿月後不規律的產卵模式,以及缺乏光照反而不產卵的現象,背後是否有更多秘密。

另外值得一提的是,珊瑚產卵的成果發表後,野澤洋耕收到來自以色列巴伊蘭大學學者 Levy Oren 的來信。Levy Oren 是在紅海研究光害對於當地珊瑚族群的影響,他對這次刊登的研究內容非常感興趣,更期待有機會能合作。原本珊瑚產卵的主題,因為一年只有一次觀察產卵機會,還要天天夜間潛水調查,風險之高、過程之辛苦,讓許多學者望之卻步。如今野澤洋耕與林哲宏等人多年來的堅持有了回報,而且橫跨紅海、綠島、琉球三地的搶救珊瑚大冒險,就在前方等待著他們。

註解

註 1:因為月球繞地球轉的軌道不是正圓,因此每天月亮升起的延遲時間會依照月相時間(新月/滿月)和季節而有所變化,延遲時間大約從 30-70 分鐘不等。

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