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台南水雉的復育故事

林大利_96
・2014/07/17 ・2674字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 537 ・八年級
圖片4
水雉成鳥與幼鳥。(本照片承蒙李進裕老師同意使用,在此萬分感謝)

水雉(Pheasant-tailed Jacana, Hydrophasianus chirurgus)為水雉科八種鳥類中的一種,分布於華南、南亞、東南亞、臺灣與菲律賓,冬季時部分的族群會遷徙至馬來半島、蘇門答臘、爪哇島、婆羅洲及阿拉伯半島度冬(如下圖)。1865年,駐臺的英國外交官斯文豪(Robert Swinhoe)於高雄發現水雉,並列名於臺灣最早的鳥類名錄The Ornithology of Formosa, or Taiwan。雖然水雉廣泛分布於東方區(the Oriental region),但是臺灣的水雉族群卻岌岌可危。起初,臺灣的水雉族群廣泛分布於全島平原的濕地,但因為幾十年來的快速發展,水雉所偏好的濕地及水田等棲地嚴重流失。再加上農藥毒害及過度獵捕,使水雉的數量急速下降,僅存的族群主要集中於嘉南平原局部地區,尤其偏好於菱角田[1, 2]。1989年,行政院農業委員會將水雉公告為第二級保育類野生動物,珍貴稀有野生動物[3]

Pheasant-tailed Jacaba map
水雉的全球分布圖,黃色為夏季繁殖區,綠色為終年留棲地區,藍色為度冬區(林大利 繪製)。

1990年,交通部高速鐵路工程局規劃高速鐵路的興建,其中路線281K至282K之橋墩,正好坐落於台南官田的葫蘆埤及德元埤,為水雉僅存的重要棲地。1994年,高鐵的環境影響評估有條件通過,但是其中一項但書:「高速鐵路經過水雉、彩鷸等野生動物繁殖區之部份,尚未有具體保護措施,請另提保育計畫送審,未獲審查同意,該路段不得動工」。經過多次書件往返的環境審查過程,1998年,環評審查會議決議應進行15公頃之復育棲地租用,才可以動工,如果復育成效良好,必須擴大範圍。

2000年,臺灣高鐵公司、臺南縣政府及農委會等單位,出資租用臺糖於官田的15公頃土地作為「水雉復育區」 。台灣濕地保護聯盟中華民國野鳥學會等民間團體成立「水雉復育委員會」,執行復育區的經營管理。由於各界對水雉的棲地復育都沒有經驗,至今14年來,水雉復育區的經營與管理可說是且戰且走。包括埤塘開挖營造、植栽、引水與排水等興建及維護的成本相當高,以致於經費不足,每年仍需依賴募款維持復育計畫。此外,又遭逢外來種動植物入侵、水位調節、水生植物管理、颱風的影響等難題[4, 5],2009年至2010年間,百餘隻水雉集體中毒死亡,更是重挫復育計畫[6,7]

圖片3
(本照片承蒙李進裕老師同意使用,在此萬分感謝)

因應農藥中毒事件,自2010年起,財團法人慈心有機農業發展基金會逐步輔導農民不撒毒稻穀、轉以有機方式耕作、並擴大綠色保育生產[7]。初期先以阻止水雉中毒死亡,接著輔導農業轉型、契作,擴大保育成效至其他野生動物。2012年,簽訂不灑化學農藥協議的農民為50 戶、農地面積 37.4 公頃,水雉動物死亡數量於2011年起大幅下降為5隻,申請綠色保育標章之農地面積達10.106公頃,水稻及菱角契作面積達12.25公頃。

經過14年的努力,官田的水雉族群數量逐年增加,2009起,復育園區內外的總數量都超過400隻。2012年,復育區周邊共由24隻雌鳥及67隻雄鳥築了91個巢、473顆蛋,其中108巢共孵化了346隻雛鳥,最後有94巢、253隻雛鳥存活(巢位分布圖請見引用文獻7第5頁)。目前,水雉復育區已更名為「台南市水雉生態教育園區」,由臺南市野鳥學會認養經營,免費開放民眾參觀,現場可自由捐款。

未命名
1998年起水雉復育園區內外的水雉數量變化趨勢(水雉復育園區於2000年成立)。 (資料來源:引用文獻7)

現在正值炎炎夏日,南台灣艷陽高照,官田的水雉早已換上典雅的繁殖羽,擺動著修長的尾羽在菱角葉上凌波漫步。映著古銅色金屬光澤的鳥蛋,蟄伏在菱葉與清水之間;剛孵化不久的小水雉,在濕地間跟著親鳥穿梭遊走,探索這個生命力旺盛的溼地。等到成年後,這一批新生代將陸續振翅高飛,離開牠們誕生的水雉園區,尋覓安全的地方度過冬天。在官田的那些日子過的還不錯,也許,明年春天再回到水雉園區繁衍新的生命。

圖片5
(本照片承蒙李進裕老師同意使用,在此萬分感謝)

致謝

台南市水雉生態教育園區主任翁榮炫先生不幸於今日(2014年7月17日)上午辭世,僅以本文感謝翁榮炫先生多年來為水雉保育的努力與貢獻。也感謝翁主任在今年一月「新年數鳥嘉年華」活動中,帶著15位夥伴於水雉園區周邊記錄65種鳥類,其中包含243隻水雉。我們會永遠記得那位戴著斗笠、頂著豔陽,穿著沼澤衣在濕地裡默默護育水雉的身影。

引用文獻

  1. 翁榮炫。1999。水雉的天空。帝雉,4(8): 6- 27。
  2. 翁榮炫、王建平。2000。水雉的生殖生物學研究。台灣濕地雜誌,(17): 18-26。
  3. 馮雙、翁嘉駿、陳怡如。2010。臺灣地區保育類野生動物圖鑑。行政院農業委員會林務局。
  4. 翁榮炫。2009。莫拉克颱風對水雉繁殖的影響。2009 年台灣鳥類論壇論文全集。110-116頁。
  5. 羅柳墀。2011。極端氣候對水雉(Hydrophasianus chirurgus)繁殖成功的影響。臺灣生物多樣性研究,13(2): 111-119。
  6. 社團法人台灣濕地保護聯盟。2008。台南縣歷年水雉保育計畫成果分析期末報告。行政院農業委員會林務局補助。
  7. 水雉生態教育園區。2013。101 年水雉生態教育園區工作計畫成果報告
  8. 財團法人慈心有機農業發展基金會。2013。官田水雉暨保育類野生動物農田棲地之綠色保育經營管理計畫。101年度行政院農業委員會林業發展計畫。

延伸閱讀

 

文章難易度
林大利_96
19 篇文章 ・ 6 位粉絲
來自森林系,目前於特有生物研究保育中心服務。興趣廣泛,主要研究小鳥、森林和野生動物的棲地。出門一定要帶書、對著地圖發呆很久、算清楚自己看過幾種鳥。是個龜毛的讀者,認為龜毛是一種科學寫作的美德。


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天文影像工具也能找腫瘤?——臺灣首創 3D 數位病理影像暨 AI 分析平臺

科技大觀園_96
・2022/01/23 ・2878字 ・閱讀時間約 5 分鐘

攝影師運用影像,留存許多珍貴的記錄,講述不少精彩的故事。但影像的力量,可不僅限於此。科學家和醫生也拍照錄像,只不過對象不是一般人事物,而是遙遠的星辰,或微小的組織細胞。而臺灣的科研團隊,更成功讓傳統病理影像突破 2D 平面限制,完整展現 3D 全貌,幫助我們看清病魔的真面目,奪得搶救性命的機會。

為什麽癌症大魔王如此棘手?

在臺灣十大死因排行榜上,癌症已蟬聯榜首將近四十年。原本安分工作的人體細胞,可能受到細菌或病毒的感染、環境中的重金屬、放射線等致癌因子的影響,走上叛變、不正常增生一途,變成惡性腫瘤——也就是癌症。癌細胞會破壞各種重要臟器,掠奪體内大部分營養,最終可能造成人體因器官衰竭、營養不良、併發症而死亡。

十大死因
109 年國人十大死因。(資料來源:衛生福利部

癌症療法中,化療是以化學藥物來毒殺癌細胞,卻因為專一性低,讓病患往往傷敵一千,自損八百。後來發展出的標靶藥物療法,雖然不會無差別攻擊,但治療效果有限,有些種類的癌症更可能出現抗藥性。狡猾的癌細胞,還會產生抑制免疫細胞活性的蛋白質,來避開免疫系統的偵察和追擊。而 2018 年獲得諾貝爾生理醫學獎的「免疫療法」,就是以投放癌細胞表現的蛋白質之阻斷劑,來維持免疫細胞的戰鬥力的突破性療法。

然而,癌細胞也不是省油的燈。它們會與周圍細胞,如血管、纖維母細胞、免疫細胞等打成一片,藉由分泌各式細胞因子,創造利於自己生長的小天地,即腫瘤微環境(Tumor microenvironment)。例如,癌細胞會在微環境促進血管新生,且具備免疫抑制能力,讓免疫細胞鎩羽而歸。這麽一來,即使是副作用較低的免疫療法,也可能無用武之地。

當醫學邂逅天文學,跨領域碰撞出新解方

目前,癌症的診斷與療程的決定,主要還是仰賴切片檢測所得到的影像。所謂的切片檢測,就像到腫瘤細胞大本營去刺探敵情,醫生藉由手術開刀、内視鏡或針筒取得檢體組織,透過這第一手的情報,來判識腫瘤型態和病情嚴重程度,才能擬定對抗癌細胞的有效戰略。

麻煩的是,顯微鏡下的切片樣本只能看見同一平面上的細胞間交互作用,組織上還有用來標示特定蛋白質活細胞的螢光染劑。要把有著會互相干擾螢光訊號的樣本影像,拼接成可以觀察細胞交互作用的三維影像,可讓腫瘤學家傷透了腦筋。不過這個難題的解方,就剛好掌握在以望遠鏡觀察無數星星的天文學家手中!

有著不同特徵的衆多天體,就像是組織中發出不同螢光訊號、數百萬計的細胞。天體在宇宙中的相對位置與相互關係,也類比於細胞間的交互作用。這般異曲同工之妙,讓美國約翰 · 霍普金斯大學的腫瘤學家和天文學家決定並肩作戰,利用天文學的影像處理工具,來建立分析腫瘤切片影像的模型,這個跨領域碰撞的研究成果——AstroPath,更在今年 6 月登上 Science 期刊。

天體
有著不同特徵的衆多天體,就像是組織中發出不同螢光訊號、數百萬計的細胞。圖/pixabaywikipedia

臺灣打造全球第一個 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺!

腫瘤學家和天文學家的跨界合作,大大提高了組織切片影像分析的效率,表現令人贊嘆。不過臺灣研究團隊跑得更前面,直接突破傳統薄切片的限制,以獨家專利取得組織完整的立體影像,還進一步藉助人工智能之力,創立全世界首個 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺!

這個實現 Taiwan No.1 的團隊,緣起於國立清華大學生科系的楊嘉鈴教授研究團隊,邀請清華大學腦科學中心江安世院士團隊、分子與細胞生物所張大慈教授團隊及清華大學腦科學中心林彥穎研究員,携手合作克服過去 3D 組織影像的技術瓶頸。透過科技部價創計劃的輔導,承接了光電、生醫、影像及 AI 各領域最先進技術的捷絡生物科技股份有限公司 (JelloX Biotech Inc.) 在 2018 年成立。

捷絡生技獨步全球的病理檢驗平臺,包含了關鍵的三大部分:(1)快速組織澄清、(2)高速影像擷取及(3)3D 人工影像智慧分析。

流程示意圖
3D 人工智慧影像分析流程示意圖。圖/捷絡生技公司

過去 3D 組織影像無法實現,最大的難點,在於無法突破組織的透光障礙。捷絡生技專利化的光學組織澄清技術,最厲害之處是讓檢體樣本不被破壞就可以「變透明」,達到清水般的穿透率。傳統樣本處理,會經過物理切片及脫水,組織結構發生形變無可避免,讓病理全貌難以被量化和標準化來進行評估。但這項獨家的組織澄清處理技術,可最大程度保存樣本原來的面貌,還能讓樣本進行重複染色,再利用於各式生物檢驗。更重要的是,不再是單一切面的樣本,讓全自動影像掃描擷取,從不可能變得可能。

把檢體樣本透明化之後,研究團隊接著以高速鐳射顯微鏡,對樣本進行全身掃描後,數位縫合平行多叠影像。只要搭配適當的染色技術,就可迅速取得比傳統檢測還多百倍資訊量的高精度 3D 腫瘤影像。這些病理組織樣本的全景 3D 細節,讓醫生可以更清楚判別癌細胞的型態、分佈與周圍細胞的交互作用。

研究團隊也沒有停留在 3D 影像產製的完善,更抓緊大數據、巨量分析的趨勢,目標是要提供 AI 自動化病理組織影像分析。研究團隊建立不同癌症的 3D 數位病理影像資料庫,讓電腦進行機器學習,透過癌組織的特徵辨識訓練,目前已可得到超過 90 % 的準確度。AI 自動化分析能克服傳統人工判讀模式潛藏的誤差(如不同判讀者的差異、視覺疲勞與檢體採樣量不足等問題),大大減輕臨床病理醫師的工作負擔,加快診斷的效率。癌症的治療,就像與死神賽跑,所以盡速決定對風險最小、成效最佳的療法,對提高病患的存活率至關重要。

未來,捷絡生技這個領先全球的 3D 數位病理檢驗暨 AI 分析平臺,預期可實際應用在檢測藥物的穿透性、篩選適合免疫療法的病患、分析腫瘤微環境等方向。不管是從美國或是臺灣的例子,都讓我們看見不同領域相互激蕩的成果,並非止步於學術象牙塔的研究,而是可以被實際應用在日常生活中的技術。

參考資料

 

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科技大觀園_96
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