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植物變殭屍?細菌的把戲

威.法
・2014/04/12 ・1451字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

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被細菌感染的馬達加斯加日日春。細菌造成了葉化的花瓣,並且吸引葉蟬來傳播菌體。

翻譯:威 · 法

許多寄生生物能夠徵用宿主的身體以進行繁衍,比如繁殖時需要水的鐵線蟲,會迫使被寄生的蟋蟀溺死在水體裡 ; 或是像肝吸蟲會迫使被感染的螞蟻爬向牧草的葉緣,讓牛在進食的時候將肝吸蟲和螞蟻一起吃下去。除此之外,寄生生物甚至能將植物變成殭屍-來自英國諾里奇(Norwich)約翰英納斯中心(John Innes Centre)的科學家們發現了這些寄生生物到底是如何辦到的。

當植物被稱作植物菌質體(phytoplasmas)的寄生細菌感染後,植物的花朵會長成葉狀的幼芽,花瓣會變成綠色,然後發育成如同「巫婆掃把(witches’ brooms)」般蓬亂的枝芽。這種轉型不但讓植物不孕,還會吸引吸食植物汁液的昆蟲,並將菌體傳播出去。「被感染的植物仍然活著,但活著只為了獲益病原菌。」約翰英納斯中心的植物病理學家薩絲基雅 · 霍根豪(Saskia Hogenhout)說。「但從演化的角度來看,不能孕育後代的植物跟死了沒兩樣。」

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「 很多人可能覺得把植物比喻成殭屍這樣的概念有些不妥,畢竟植物的行為和動物的行為很不一樣。」賓州大學的寄生生物學家大衛 · 休斯(David Hughes)說。「但事實就是這樣,如果寄生生物能改變蟋蟀和螞蟻的行為,為什麼寄生生物不能演化出一套方法來控制植物的行為?」

雙重控制

霍根豪的團隊先前的研究發現細菌利用一種叫作SAP54的蛋白來操控植物宿主。這個蛋白與植物的RAD23蛋白交互作用,讓花朵發育所需要的特定蛋白被細胞的分解中心-蛋白酶體(proteasome)分解。這些研究成果已經發表在PLoS Biology [1]。

除此之外,SAP54的交互作用還提高了葉蟬被吸引的機會,以達到傳播植物菌質體的目的。研究團隊發現葉蟬在葉化的花朵上的產卵數量比正常的花朵上還要多。更重要的是,研究團隊發現植物只要有SAP54這個蛋白就可以吸引昆蟲,即使植物體內根本沒有細菌也無所謂 。「這篇研究成果的奧妙之處,就是在於細菌只用了一個蛋白,就可以達到操控植物和吸引昆蟲兩個目的。」霍根豪說。「太厲害了。」

霍根豪認為這個發現揭開了植物發育調控和植物免疫系統之間的關聯-這是一個在許多其他物種都被被接受的理論。她希望研究這樣的關聯可以找到同時增進作物產量和增強抗病蟲害的新方法。除此之外,她也渴望了解其它病原菌如何製造植物殭屍。比如說鏽病菌(Puccinia monoica)會使感染的植物不孕,然後將葉片轉變成亮黃色的「偽花(pseudoflowers)。」這種偽花上長滿了真菌細胞,藉由偽花吸引昆蟲授粉時,將病原菌散播出去 [2]。目前沒有人知道鏽病菌如何改變宿主的生理機制。「很期待有一天我們知道這是怎麼造成的。」霍根豪說。

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註:

  1. MacLean, A. M. et al. PLoS Biol. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.1001835 (2014).
  2. Cano, L. M. et al. PLoS ONE http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0075293 (2014).

資料來源:Bacterial tricks for turning plants into zombies. NatureNews [08 April 2014]

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延伸科學再發現@科技大觀園

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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