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纜車來了,黑熊何去何從?

活躍星系核_96
・2014/07/13 ・3845字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 559 ・八年級
大雪山森林遊樂區擁有豐富的自然資源是全國人民重要的天然資產,任何開發都該審慎評估。
大雪山森林遊樂區擁有豐富的自然資源是全國人民重要的天然資產,任何開發都該審慎評估。

作者:郭熊(研究助理)

纜車又來了

近幾年,各地縣市政府視纜車為振興觀光的萬靈丹,期望複製貓空纜車的模式。而台中市政府也不落人後,規劃了數條纜車路線,當中最具爭議的是雪谷線纜車。該案預定總投資金額達28億,興建谷關至大雪山森林遊樂區鞍馬山遊客中心的高山纜車,預期每年吸引30萬名遊客,振興谷關地區觀光產業。

然而,貓纜傳出虧損新聞時有所聞,並且發生塔柱塌陷或雷擊導致故障等意外。反思雪谷纜車屬於高山纜車,海拔落差高達1500公尺,山勢陡峭,纜車塔柱暴露在稍來溪向源侵蝕面上,同時更是高風險的土石流區域,纜車未來安全令人堪憂。其次,高山氣候變化無常且快速,該山區四周無任何道路系統,如遇任何突發狀況,遊客救援或疏散將是艱鉅的挑戰。面對上述問題市府團隊仍避重就輕,僅簡單表示工程技術可全面克服。不過筆者試問:遭受嚴重天災衝擊的中橫或南橫通車仍然遙遙無期的今日,為何市政府仍敢抱持人定勝天的心態執意興建纜車呢?

雪谷線纜車路線同時經過國土保安用地與大雪山森林遊樂區。為了兼顧水土保持、生態保育與中彰地區的用水品質,東勢林管處將大雪山森林遊樂區定位為森林資源保育為主,園區內的動植物生態極為豐富,當中包含瀕危的台灣黑熊。

姑且不談雪谷纜車是否真如預期促進谷關觀光產業,雪谷纜車牽涉議題與影響層面十分廣泛,除了纜車工程成本效益與遊客安全之外,纜車路線同時像把利刃破壞黑熊的棲息地,棲息地切割與壓縮將會引發系列的連鎖反應,大大提高小族群的黑熊滅絕的風險。

雪谷纜車案將會對大雪山地區的台灣黑熊生存造成嚴峻的考驗。
雪谷纜車案將會對大雪山地區的台灣黑熊生存造成嚴峻的考驗。

熊熊危機

台灣黑熊是台灣產唯一的熊類動物,屬於亞洲黑熊的一個亞種。早期記錄顯示黑熊廣泛分佈在全台海拔100公尺以上的山區,如今因人為開發造成的棲地大量縮減,導致目前黑熊僅侷限於中央山脈深山地區。透過無線電追蹤累積的基礎資訊,黑熊活動範圍可達100平方公里以上,黑熊的棲息地幾乎涵蓋各種森林類型。除了棲息地喪失之外,非法狩獵等其它人為因素更是雪上加霜,導致黑熊族群量越來越稀少,目前評估野外族群量僅存200-600隻,黑熊成為野生動物保育法公告之保育類瀕臨絕種野生動物。

如同其他大型食肉目動物,台灣黑熊位於食物鏈的頂層,需要多樣性的棲息地,棲息環境受到人類開發而消失,因此其族群生存受到嚴重威脅。近幾年的全島分布調查結果發現,台灣黑熊分布集中在中央山脈玉山國家公園以南之山區,然而北部的黑熊族群受到人為開發、棲息地破碎化、遊憩壓力造成北台灣的黑熊痕跡較為稀有,並且零星分布,推測雪山山脈的黑熊目前呈現小族群的分佈。

從保育生物學的角度上,棲息地碎片化是導致黑熊族群分化成小族群的主要因素之一,當數量降低至最小族群量之後,該物種就特別容易掉入滅絕漩渦。當一地的黑熊族群滅絕,代表著黑熊的基因多樣性又降低,為了避免憾事發生,且讓黑熊永續生存在這片土地上,我們應當排除任何造成黑熊生存不利的因素,因此面對任何黑熊棲息地內的大規模開發都該審慎思考評估。

只要稍稍留心,大雪山森林遊樂區內即可輕易發現新鮮的黑熊爪印。
只要稍稍留心,大雪山森林遊樂區內即可輕易發現新鮮的黑熊爪印。

棲息地一塊都不能少

由於黑熊數量稀少,且瀕危滅絕,任何一野外族群都彌足珍貴,特別是雪山山脈的小族群,更應該被重視。根據全島黑熊分布調查的資料,雪山山脈發現的點位集中在雪霸國家公園的北側與南側,當中一處即為大雪山森林遊樂區。

從1990年起到2014年止持續有人在大雪山森林遊樂區內目擊黑熊出沒(黃美秀等,2012)。顯示過去20年來,大雪山森林遊樂區應該有穩定的黑熊族群。黑熊出沒代表此區的棲息環境完整。近幾年,持續有遊客在園區內目擊台灣黑熊,光是2012年至今就有6筆目擊黑熊的通報記錄,當中更有母子熊出沒,發現母子熊對於瀕危物種的繁殖有特殊意義。然而,我們亦不能排除也許是周遭棲地品質持續惡劣,導致黑熊都被迫壓縮至此區活動。

從去年起,研究者開始對此區黑熊分布與相對豐富度展開調查。根據甫剛完成的調查報告,此區每公頃內約可以發現1.1筆黑熊痕跡,此值高於鄰近的雪霸國家公園(0.6/公頃),但遠低於玉山國家公園(每公頃6.7筆;黃美秀,2013),由此顯示,大雪山的台灣黑熊族群可能還不及玉山國家公園。痕跡密度多寡代表一地區黑熊相對豐富度,然而即使在黑熊密度最高的玉山國家公園內,調查者所發現的痕跡密度都遠低於東南亞其他地區(蔡幸蒨,2011)。整體而言,台灣黑熊的族群明顯偏低。

針對北台灣目前黑熊處境,大雪山森林遊樂區的黑熊族群的確是難能可貴,面對人為干擾加劇,棲地日益縮減的今日,林務局管轄的大雪山森林遊樂區更凸顯此區黑熊保育之於整個北台灣的價值。不過,令人遺憾的是這塊黑熊難得的棲息地,近期也被開發單位盯上,準備興建高山纜車。從瀕危物種的保存上,我們該認真思考是否有必要為了觀光而犧牲台灣黑熊少數僅存的棲息地呢?

黑熊會回來嘛?

日前台中市政府表示,纜車興建不會開設任何施工便道,全程用直升機吊掛器具,並且僅在塔柱位置進行施工,不會切割棲息地,將對環境影響限制在最小的範圍,因此工程結束後黑熊會回來。然而,黑熊會迴避人為活動頻度高的地區,即便在纜車前期施工期間,工人的活動就會開始造成干擾。未來纜車營運後,每天帶來龐大的遊客量更會是黑熊回不來的主因。

大雪山森林遊樂區屬於林務局東勢林管處管轄,在200林道的35k設有收費站管制人車進出,並有遊客總量管制,因為管制,遊客人數受到控制,且大部分遊憩集中在200線林道與周邊的登山步道,一般遊客不會離開步道活動,因此對於黑熊或其他野生動物而言,只要避開登山步道或林道即可避開人為干擾。

我們從穿越帶調查與自動相機監測都發現類似的結果,黑熊會迴避道路與登山步道,偏好在220林道周邊活動。因為此林道有閘門管制車輛進出,部分路段坍方,平時僅有少數登山活動,自動相機得以在此區拍攝到穩定的黑熊活動跡象。

原本平時較少人為干擾的220林道,未來將因為雪谷纜車到來產生重大變化。纜車施工期間,不只是工人會頻繁進出,另外直升機帶來的噪音干擾,纜車營運帶來大量的遊客,每天機具的噪音與人潮終將淹沒森林裡原本清脆的冠羽畫眉叫聲,過量的觀光遊客製造超量的廢水排入原本清澈的溪流裡,黑熊就被迫慢慢離開此區。

由於台灣黑熊會迴避人為活動頻度高的地區。換言之,即便如同市政府表示施工範圍僅只清楚塔柱範圍內,但只要纜車營運帶來的干擾就像無形的鴻溝,將會導致黑熊減少對該區的利用程度,如同棲息地遭受切割,黑熊被迫遷移至品質較差的地區生存,降低族群的適應力,間接提高了死亡或傷殘的風險。

雪谷線纜車預定塔柱與沿途所經過的潛在土石流區域與向源侵蝕面(李景泓提供)。
雪谷線纜車預定塔柱與沿途所經過的潛在土石流區域與向源侵蝕面(李景泓提供)。

拜託,給條生路吧

台灣黑熊曾經被民眾票選為最具代表性的野生動物,顯示國人對黑熊的熱愛,黑熊受歡迎的程度似乎超過其他物種,但其野外族群嚴峻的生存條件卻沒有因此改變,棲地喪失與非法狩獵的威脅依然沒有減少。目前野外族群約200-600隻左右,從保育的角度上,為了避免族群滅絕,台灣黑熊至少需超過2000隻(林容安,2013),才可以抵達最小族群量的門檻。因此從每個體至每個黑熊族群都有其重要性。

大雪山山區位於雪山山脈西南向主稜之後段,緊鄰於雪霸國家公園,從地景上為延伸雪山山脈之生態廊道。從保育生物學上,大雪山區扮演緩衝區(Buffer Zone)的效應,提供野生動物更多樣性的棲息環境。大雪山區海拔梯度從500公尺至3000公尺,而主要海拔落在1500-2500公尺,此區提供雪山主峰已降重要的中低海拔棲息環境。大雪山的植被類型從闊葉林至針闊葉混合林,適時提供台灣黑熊多樣性的棲息環境。

但是當我們打開Google Earth輸入大雪山,地圖跳至大雪山的上空,其實不難發現大雪山所鄰近的山區,都已成為人類的聚落與農地,只有所剩不多的原始森林僅存在森林遊樂區內,大雪山森林遊樂區成為雪山山脈南側黑熊最後的庇護所。

台灣地狹人稠,寸土寸金,國土規劃本該審慎評估。但為了發展觀光經濟,卻毀了當地最重要的生態資產,真的值得嘛?相信到過大雪山遊玩的朋友對其自然生態都讚不絕口,園區更是享譽國際的賞鳥聖地。台中市民何其有幸擁有一座國際級的森林遊樂區。為何台中市政府嘴上喊著生態旅遊,卻又極欲大興土木,摧毀最具國際潛力的生態資源?舉凡全世界成功生態旅遊之案例,生態觀光都必須依附在自然保育之下。纜車案不僅破壞原始森林,同時剝削瀕危動物的生存空間,此種短視近利的決策完全與生態旅遊的宗旨背道而馳。筆者試問:當森林與野生動物都逝去之時,還有人願意來此遊玩嗎?

參考文獻:

  • 黃美秀、潘怡如、林容安。2012。台灣黑熊分布預測模式及保育行動綱領之建立(二)。行政院農業委員會林務局保育研究系列第100-14號。
  • 黃美秀、朱有田、蔡幸蒨、陳昇衛、蔡蕙雯。2013。玉山國家公園台灣黑熊族群生態及遺傳狀況評估研究(4/4)。內政部營建署玉山國家公園。
  • 蔡幸蒨。2011。台灣黑熊族群相對豐富度及分布預測。碩士論文。國立屏東科技大學。
  • 林容安。2013。台灣黑熊族群存續力分析。碩士論文。國立屏東科技大學

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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隱翅蟲的毒液生化武器,演化上如何組裝而成?

寒波_96
・2022/01/17 ・3910字 ・閱讀時間約 8 分鐘

隱翅蟲是一群小型甲蟲的總稱;牠們以毒聞名,卻不見得都具有毒性。有些隱翅蟲會生產毒液儲存在身體裡,需要時噴射攻擊。毒液不只是嚇唬人的工具,像是跟螞蟻搶地盤這類場合,生化武器能發揮實在的優勢。

本文沒有真實隱翅蟲的圖像,閱讀時不用擔心。

隱翅蟲毒液的用途之一:攻擊螞蟻。圖/參考資料 1

隱翅蟲的毒液包含毒素和溶劑兩部分,有意思的是,兩者是獨立生產;溶劑本身沒有毒,毒素單獨存在也沒多少毒性。兩者極為依賴彼此,生產線卻是獨立運作,此一狀況是怎麼形成的?一項新研究投入大筆資源,便探討其演化過程。

「毒」加「液」才有毒液

這項研究探討的隱翅蟲叫作 Dalotia coriaria,為求簡化,本文之後稱之為「隱翅蟲」。它的毒素並非導致隱翅蟲皮膚炎的隱翅蟲素 (pederin) ,切莫混淆。

隱翅蟲的毒液發射器位於背上,體節的 A6、A7 之間,這兒有部分表皮細胞特化成儲存囊壁,並分泌脂肪酸衍生物作為溶劑。而毒素為配備苯環的化學物質 benzoquinone(苯醌),簡稱 BQ;另有一群細胞專門生產 BQ,再運送到儲存囊,和其中的脂肪酸衍生物混合後形成毒液。

生產毒素和溶劑的細胞,是兩類完全不一樣的細胞,各有不同的演化歷史。隱翅蟲的祖先,沒有毒素也沒有溶劑,兩者都可謂演化上的創新 (novelty) 。

一類細胞製毒,另一類細胞產液,兩者合作才有毒液。圖/參考資料 1

論文將生產溶劑的細胞稱為「溶劑細胞」;分析成分得知溶劑總共有 4 種,是碳數介於 10 到 12 的脂肪酸衍生物。合成脂肪酸,本來就是各種生物的必備技能,但是溶劑細胞製作的脂肪酸衍生物,原料並非一般常見的脂肪酸。

脂肪酸的合成,都是以 2 個碳的基礎材料開始,作為類似 PCR 中引子 (primer) 的角色,然後由 FAS(全名 fatty acid synthase)這類酵素一次加上 2 個碳,2、4、6、8 碳一直加上去。人類的 FAS 通常會製作長度為 16 碳的棕櫚酸,昆蟲則會造出 14、16、18 碳的最終產物。

隱翅蟲的溶劑細胞中,脂肪酸衍生物只有 10 到 12 個碳,比 FAS 一般的產物更短。奇妙的是,這兒的脂肪酸並非由 14 或 16 個碳縮短而來,而是溶劑細胞內 FAS 的最終產物直接就是 12 個碳。

隱翅蟲毒液的組成物,碳鏈長度介於 10 到 12 個碳,4 種脂肪酸加工而成的衍生物作為溶劑;3 種 BQ 作為毒素。圖/參考資料 1

改造脂肪酸合成線路,製作溶劑

要闡明其中奧妙,必需先稍微認識昆蟲的脂肪酸合成系統。昆蟲有一群特殊的脂肪酸衍生物,稱為「表皮碳氫化合物(cuticular hydrocarbon,簡稱 CHC)」,具有防止水分散失、費洛蒙等作用。

表皮碳氫化合物多半由 oenocyte 所製造(類似人類的肝細胞),在 FAS 酵素催化形成 14 到 18 個碳長的脂肪酸以後,繼續由延長酶 (elongase) 增加長度,去飽和酶 (desaturase) 加上雙鍵,最後經過兩道尾端的還原手續,分別由 FAR(全名 fatty acyl-CoA reductase)和 CYP4G(全名 cytochrome p450 family 4 subfamily G)兩類酵素執行,產生通常介於 20 到 40 個碳長的產物。

隱翅蟲溶劑細胞和 oenocyte 的脂肪酸生產線的比較,兩邊多數酵素種類是重複的,但是每一類酵素都有好幾個,兩邊各自使用的酵素不一樣。圖/參考資料 1

隱翅蟲和其他昆蟲一樣,oenocyte 細胞內有完整的表皮碳氫化合物生產線,每一步驟的酵素一應俱全。比對可知,溶劑細胞內也有一條脂肪酸衍生物的產線,顯然是由表皮碳氫化合物的生產線改版而成。

隱翅蟲至少有 4 個 FAS 基因,3 個負責製作一般的脂肪酸和表皮碳氫化合物,只有一個特定的 FAS 參與溶劑生產,專職在溶劑細胞中大量表現,製造 12 碳的脂肪酸,最後也由 FAR 和 CYP4G 收尾形成衍生物。值得一提,已知產物長度為 12 碳的 FAS 酵素相當罕見。

溶劑細胞和表皮碳氫化合物的生產線,兩者都有 FAS、FAR、CYP4G 三類酵素,但是在溶劑細胞作用的三種酵素,都不管其他細胞的脂肪酸合成。除此之外,有時候還有另一種酵素 α-esterase 的參與。依靠這些專門在溶劑細胞工作的酵素們,隱翅蟲能生成 4 種溶劑。

溶劑細胞內,4 種脂肪酸衍生物的合成過程。acetyl-CoA 作為引子,由 FAS 以 malonyl-CoA 為材料,一次加上 2 個碳,再分別經還原酶或 α-esterase 加工。圖/參考資料 1

演化上,隱翅蟲並沒有捨棄原本的脂肪酸生產線,整套都還存在;相對地,隱翅蟲在少數特定細胞新增一條產線,不影響原本的重要部門。這是隱翅蟲在遺傳和細胞層次的演化創新。

改造粒線體代謝線路,生產毒素

類似的狀況,也在毒素生產線觀察到。隱翅蟲的毒素,也是由原本有重要功能的古老生產線,調整再改版而成。

論文將生產毒素的細胞稱為「BQ 細胞」,這部分沒有溶劑細胞了解的那麼詳盡,不過經由碳的穩定同位素追蹤,還是得知毒素原料來自食物中的氨基酸:酪胺酸 (tyrosine) ,經過一系列加工後形成 BQ。

這條生產線上有個關鍵酵素叫作 laccase,它一般的功能是參與 Coenzyme Q10,也就是 ubiquinone 的合成。這是粒線體有氧代謝中的重要成分,對生存不可或缺。和其他甲蟲相比,隱翅蟲多出一個 laccase 酵素,專門在 BQ 細胞表現,將 HQ (hydroquinone) 催化成 BQ 作為毒素。

由此看來,隱翅蟲祖先演化出溶劑和毒素的道理是一樣的。

溶劑方面,以舊的表皮碳氫化合物生產線為基底,改用多個新酵素基因,形成新的生產線。毒素方面,源自古老的粒線體代謝線路,同樣加入新的酵素基因,改版後變成毒素產線。兩者各自皆為遺傳與細胞層次的新玩意,合在一起則衍生出功能上的演化創新。

由粒線體代謝線路改版而成的 BQ 毒素生產線,有一個專職生產毒素的 laccase(Dmd)酵素參與。圖/參考資料 1

組合新功能,一步一步累積有利變異

這項研究有許多潛在的討論方向,有興趣的讀者可以自行鑽研。像是生物學研究者能估計所有實驗耗資多少,感受自己的微渺(例如為了分辨不同細胞的作用,論文使用大量昂貴的「單細胞轉錄組 single cell transcriptome」進行分析)。這邊只提兩點。

第一點有趣的問題是:隱翅蟲的溶劑和毒素要同時存在才有效果,可是演化上是哪個先出現呢?論文推測是溶劑細胞先出現。

假如只有 BQ 這類毒素存在,殺傷效果非常差(論文用果蠅幼蟲做實驗),但是溶劑細胞的產物,即使不作為 BQ 的溶劑,脂肪酸衍生物也可以有其他用途,像是潤滑油之類的,或是扮演別種物質的溶劑。

想來新的脂肪酸生產線比較可能先出現,扮演某些不是太重要的角色,接著再加入 BQ;毒素加上溶劑,兩者合體產生新的強大功能,脂肪酸生產線又由於獲得新功能而調整優化,最終形成現在的樣貌。

替隱翅蟲帶來優勢的毒液,由兩個原本獨立的部門組合而成。圖/參考資料 1

第二點有趣的是,這回發現產物為 12 碳的 FAS 酵素。乍看沒什麼,影響卻很關鍵。

FAS 這類酵素的差異,在於催化生成的脂肪酸最終產物有幾個碳(或是說,可以加到幾個碳那麼長);已知幾乎皆為 14、16、18 個碳,隱翅蟲的溶劑細胞表現的 FAS 卻是 12 個碳。好像只差一點,然而實際測試發現,脂肪酸衍生物超過 13 個碳,作為 BQ 溶劑的效果便會差一大截。

也就是說,隱翅蟲倘若沒有脂肪酸產物僅 12 碳長的 FAS,儘管仍然可以生成溶劑,毒性將弱化不少。由此推想,隱翅蟲如今威力強大的毒液,並非透過少數變化一次到位,而是逐漸累積有利變異的結果。

想得更遠一點,由兩種細胞合作衍生而成的毒液,可以視為由多種細胞合夥,複雜器官的最簡單版本。原本不相關的各式細胞們,持續累積一個一個微小的改變,也有機會組合發展成複雜的組織或器官。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evolutionary assembly of cooperating cell types in an animal chemical defense system.
  2. A beetle chemical defense gland offers clues about how complex organs evolve

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。