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對於甘蔗蟾蜍來說,最大的敵人真的是自己

葉綠舒
・2011/08/31 ・536字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

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相信大家都聽過「最大的敵人就是自己」這句俗諺,但是對於原產於中南美洲的甘蔗蟾蜍(cane toad, Bufo marinus)來說,這句話卻有了不同的新意。研究團隊發現,甘蔗蟾蜍的蝌蚪不僅會攝食他們同類的卵,還會分泌一種未知物質來抑制卵的發育,造成後孵化出來的蝌蚪身長短了11%,體重少了45%,生存率也降到60% –而這部分的數據是把蝌蚪跟卵養在同一池水裡,但是中間用紗網隔開,所以蝌蚪沒辦法吃到卵喔!

由於甘蔗蟾蜍在澳洲已經造成非常嚴重的環境問題,未來研究團隊將會致力於分離出這種未知物質並用以防治甘蔗蟾蜍。

為何甘蔗蟾蜍要演化出這樣的機制呢?我想這是最耐人尋味的地方了,筆者推測,由於甘蔗蟾蜍的生殖力很強(一次產卵至少8,000顆,多可達25,000顆),當這麼多的卵在一個小池塘裡,如果他們全部都孵化出來,這麼多的蝌蚪要競爭有限的空間與糧食,所以先孵出來的蝌蚪當然要想辦法取得各種競爭優勢囉!尤其像甘蔗蟾蜍平均來說可以長到10-15公分長,需要的食物當然更多,在這樣的狀況下如果沒有這些看似殘酷的競爭方式,很可能到最後是全體滅亡,反而對整個族群的生存不利啊!

參考資料:

1. Wikipedia, 2011/8/31. Cane toad. (http://en.wikipedia.org/wiki/Cane_toad)

2. ScienceShot: Cane Toad Carnage

本文原發表於Miscellaneous999

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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想吃牠卻反被殺!如何解決甘蔗蟾蜍對澳洲的威脅?——《在大滅絕來臨前》
臉譜出版_96
・2022/02/05 ・4877字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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位於吉朗(Geelong)的澳洲動物健康實驗室(The Australian Animal HealthLaboratory)是世界上受到最嚴密控管的實驗室之一。這座實驗室位於兩座大門之後,而第二道門是專為抵擋卡車炸彈而設計的。有人跟我說,這座水泥牆的厚度禁得起飛機撞擊。設施內有 520 道氣密門,並有四種安全等級。「若殭屍來襲,你會希望自己能待在這裡。」一位工作人員跟我說。在最高安全層級管制區內——四級生物安全等級——處理的是裝有地球上最棘手的動物傳播病原體的小玻璃瓶,其中也包含伊波拉病毒(Ebola)病毒。(電影《全境擴散》(Contagion)的台詞就曾點名過這座實驗室。)

在四級生物安全等級單位工作的人不能在實驗室中穿自己的衣服,而且在回家至少三分鐘以前,必須先淋浴。對他們來說,設施裡的動物全都不能離開這裡。「離開的唯一途徑只能經由焚化爐。」有位員工這樣跟我說。

四級生物安全等級實驗室的必要功能。圖/維基百科

吉朗位於墨爾本的西南方,車程約為一小時。在我見到范.歐朋的同一次行程中,我也造訪了這座縮寫為 AAHL(與「maul」同韻腳)的實驗室。我聽說那裡正在進行基因編輯實驗,為此大感興趣。由於生物防治手段再度失敗的關係,一種名為甘蔗蟾蜍(cane toad)的大型蟾蜍成了澳洲人的心頭大患。AAHL 的研究者延續著不斷自我重覆的人類世邏輯,希望能用新一輪的生物控制手段來解決這場災難。他們的計畫也包含用 CRISPR 技術修改蟾蜍的基因組。

負責這項計畫的生物化學家馬克.提薩(Mark Tizard)同意帶我去現場參觀。提薩的身材高瘦,留著有瀏海的白髮,一雙藍眼睛炯炯有神。一如我在澳洲遇到的許多科學家,他也不是本國人,而是來自倫敦。

在 CRISPR 的技術中,嚮導 RNA(guide RNA)用來鎖定要被剪掉的DNA 段。在細胞試圖修補損傷時,經常會發生錯誤,導致基因失去功能。如果這時提供「修復的範本」,就能引入新的基因序列。※出處:MGMT. design

在蛋殼裡就能分辨小雞性別

在研究兩棲類之前,提薩主要研究的是家禽。幾年前,他跟一些 AAHL 的同事將水母的基因嵌入母雞體內。這種基因跟我準備要嵌入酵母菌的一樣,帶有會發出螢光的蛋白。因此,擁有此基因的雞會在紫外燈下發出詭異的光芒。提薩接著又找出一種嵌入基因的方法,得以使會發光的基因只傳給雄性後代。這麼一來,即便小雞還在蛋殼裡,就能讓人辨別出性別。

提薩知道很多人對經過基因改造的生物感到害怕。他們認為吃這些生物非常噁心,也極度厭惡讓這些生物問世的做法。雖然他不像是柴納那樣的煽動者,但卻也深信這些人的看法大錯特錯。

「我們有一種雞會發出綠光,」提薩跟我說,「某次有個學校團體來訪,當他們看到綠色雞的時候,有些小朋友說:『哇,太酷了。請問如果吃了這些雞,我會變綠色嗎?』

我回答:『你本來就會吃雞肉對嗎?那你有長出羽毛跟雞嘴嗎?』」

無論如何,按照提薩的看法,現在才在擔心這一小部分的基因問題未免為時已晚。

編輯基因是為了讓受損的生態系獲得改善

「在澳洲的自然環境裡,你會看到尤加利樹、無尾熊、笑翠鳥(kookaburras)等生物,」他說,「在我這個科學家眼中,看到的是多重版本的尤加利樹基因組、多重版本的無尾熊基因組,以此類推。這些基因組都在互相交流。接著,突然之間——『碰』一聲,你把別的基因組放過來,也就是甘蔗蟾蜍的基因組,而因為過去牠從未出現在這裡,所以與其他基因組的交流成了大災難——牠把其他基因組給消滅殆盡了。」

「大家沒看到的是,這已經是個基因修改過的環境。」他接著說道。入侵物種會改變環境,因為牠們帶來完全不屬於這裡的基因組。相較之下,基因工程師不過是在東一點、西一點改變一小部分的 DNA。

「我們做的事可能只是在蟾蜍兩萬個基因之中,加上約莫十個原本不存在的基因,但那十個基因會破壞其他的基因、把蟾蜍從生態系統中移出並回復平衡,」提薩說,「一般人對分子生物學(molecular biology)最經典的問題就是:『你們在扮演上帝嗎?』

「嗯,當然不是。我們是利用對生物體的理解,摸索著該如何讓受損的生態系獲得改善。」甘蔗蟾蜍的學名是 Rhinella marina,身上有棕色斑點、粗壯的四肢與凹凸不平的外皮。要形容這種動物的外觀,很難不強調尺寸。「甘蔗蟾蜍是體型巨大、長著疣的蟾蜍科生物。」美國魚類與野生動物管理局寫道。「坐在路邊的大型甘蔗蟾蜍容易讓人誤以為是圓石。」美國地質調查局也評道。

紀錄上最大的甘蔗蟾蜍身長約 38.1 分,重達 2.7 公斤——跟吉娃娃一樣重。1980 年代,在布里斯本的昆士蘭博物館中,有一隻名為貝堤.戴維斯(Bette Davis)的蟾蜍,牠長度約為 24 公分,幾乎跟餐盤一樣寬。只要是能塞進牠大嘴裡的東西,這隻蟾蜍幾乎什麼都吃,從老鼠、狗糧以及其他的甘蔗蟾蜍——統統沒問題。

甘蔗蟾蜍的原生地是中南美洲與德州的最南端。有人在 19 世紀中將其引進加勒比海地區。原先的想法是要讓蟾蜍去應付對當地經濟作物甘蔗造成危害的甲蟲幼蟲。(甘蔗也是外來物種;原本生長於新幾內亞。)這些蟾蜍從加勒比海地區被人送到了夏威夷,再從夏威夷送到澳洲。1935 年,有 102 隻蟾蜍被裝上開往檀香山的蒸汽船,其中 101 隻活了下來,最後來到澳洲東北海岸某個種植甘蔗的鄉村研究站。在一年內,牠們產出超過 150 萬顆卵。這些小蟾蜍被人刻意放入該區的河川與池塘中。

自從甘蔗蟾蜍被人引入之後,牠們已經擴散至澳洲多處。目前估計牠們
還會持續拓展地盤。出處:MGMT. design

許多人質疑蟾蜍對甘蔗是否真的有益。因為吃甘蔗的幼蟲棲息在離地很高的地方,這種體型相當於圓石大小的兩棲類碰不到牠們。但這並沒有打倒蟾蜍,因為牠們又找到許多其他東西吃,並且持續繁衍大量的小蟾蜍。從昆士蘭海岸的一小塊地方開始,牠們往北擴散至約克角半島(Cape York Peninsula),往南挺進新南威爾斯州(New SouthWales)。在 1980 年代的某個時間點,蟾蜍進入了北領地(Northern Territory)。在 2005 年,牠們抵達位於北領地西部,離達爾文(Darwin)不遠處的中點區(MiddlePoint)。

這一路上發生了有趣的事情。在蟾蜍攻城掠地的前期,牠們的入侵速度大概是每年 9.6 公里。幾十年後變成每年約 19.2 公里。當牠們抵達中點區時,已經加速到每年 48 公里。研究人員在測量最前線的蟾蜍大小時,他們找到了原因。最前線的這些蟾蜍的腿與昆士蘭的蟾蜍相比明顯長了許多,而且這項特質是會遺傳的。《北領地新聞》(Northern Territory News)將這則消息放在頭版,標題是〈超級蟾蜍〉。文章的配圖是一張穿著披風的甘蔗蟾蜍合成圖。「這些入侵北領地的可惡甘蔗蟾蜍仍在持續演化中。」報導大嘆。此現象跟達爾文的說法不同,演化的過程似乎「能」讓人類觀察得到。

澳洲一開始其實沒有蟾蜍!

甘蔗蟾蜍不僅體積大得惱人;從人類的角度來看,外觀還很醜:突出的頭骨,外加那一臉鄙夷的神情。但這種動物真正「討人厭」之處,其實是其身體的毒性。若成年蟾蜍被咬到或感覺受威脅,就會釋放出一種乳白色黏液,裡面有足以導致心臟停止的化合物。甘蔗蟾蜍的毒性時常讓狗遭殃,症狀從口吐白沫到心跳停止都有。笨到去吃甘蔗蟾蜍的人,通常最後都死了。

海蟾蜍(學名:Bufo marinus),又名美洲巨蟾蜍、甘蔗蟾蜍。圖/維基百科

澳洲原先沒有有毒的蟾蜍;事實上,這裡最初根本沒有蟾蜍。所以當地的動物都尚未演化到懂得提防牠們。甘蔗蟾蜍的案例有點像美國鯉魚案例的翻版,但角度又有些不同。鯉魚在美國之所以造成麻煩,是因為沒有生物要吃牠們;但甘蔗蟾蜍成為澳洲的威脅,是因為所有生物都想吃牠們。

因捕食甘蔗蟾蜍而導致數量銳減的物種清單長度相當長,並且包羅萬象。其中包含澳洲人稱為「freshies」的澳洲淡水鱷(freshwater crocodile);身長可達 1.5 公尺長的斑巨蜥(yellow- spottedmonitor lizard);其實就是一種小蜥蜴的北部藍舌蜥蜴(blue-tongued lizards);看起來像小型恐龍的橫紋長鬣蜥(water dragon);在英文中蛇如其名、帶有毒性的南棘蛇(common death adder);以及也有毒性的巨棕蛇(king brown snake)。目前,這份受害者名單裡的冠軍,是長相可愛的有袋目動物:北部袋鼬(northern quoll)。北部袋鼬體長約三十公分,有尖尖的臉和長了斑點的棕色皮毛。當袋鼬寶寶離開母親的育兒袋之後,母親會揹著小袋鼬四處走。

為了要減緩甘蔗蟾蜍的侵略速度,澳洲想出各種巧妙與笨拙程度不一的對策。

蟾蜍終結者(Toadinator)是一種搭載行動式喇叭的陷阱,能播放甘蔗蟾蜍的鳴叫聲(有人覺得聽起來像電話撥號聲,有人則認為像馬達的嗡嗡聲。)昆士蘭大學的研究人員研發出一種誘餌,能夠引誘甘蔗蟾蜍的蝌蚪並消滅牠們。還有人會用空氣步槍去射蟾蜍、用錘子重擊、用高爾夫球桿暴打、故意開車輾壓、把牠們黏在冷凍庫直到結凍、對牠們噴一款名為「止跳(HopStop)」的化合物(這項產品保證「能在幾秒內讓蟾蜍癱瘓」,並在一小時內送牠們上西天)。

各地社區也會招募「蟾蜍剋星」義勇軍。有個名為「金百利蟾蜍剋星(the Kimberley Toad Busters)」的團體建議,澳洲政府應該為捕獵蟾蜍提供獎金。該團體的訴求精神是:「如果人人都是蟾蜍剋星,那蟾蜍會被剋到死!」

一位澳洲小女孩與她的寵物甘蔗蟾蜍「冰雪皇后(Dairy Queen)」。
※出處:Photo: Arthur Mostead Photography, AMPhotography.com.
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讓甘蔗蟾蜍失去毒性與對澳洲的威脅

當甘蔗蟾蜍開始引起提薩的興趣時,他其實沒親眼看過這種動物。吉朗位於維多利亞州南部,蟾蜍尚未進犯。但在某一天的會議上,他隔壁坐著研究兩棲類的分子生物學家。她對他說,雖然大家不斷努力打擊蟾蜍,但牠們仍在持續擴散。

「她說,這實在很惱人,若能有什麼新的解決方法就好了,」提薩回憶道,「然後,我坐下來抓了抓頭。」

「我心想:毒素是透過代謝產出的,」他又說道,「也就是酵素,而酵素的產生必然有相關的基因編碼。嗯,我們有能毀掉基因的工具,或許也能毀掉生成毒素的基因。」

提薩找了博士後研究員凱特琳.庫柏(Caitlin Cooper)來幫忙處理這個技術。庫柏有頭及肩的棕長髮,笑聲很有感染力。(她也不是本地人,而是來自麻薩諸塞州。)過去沒有人對甘蔗蟾蜍做過基因改造,所以庫柏需要自己找出方法。她發現,蟾蜍的卵不僅要先洗過,還得用非常細的移液器快速刺穿,否則卵就會開始分裂。「我花了一點時間精進顯微注射技術。」她跟我說。

庫柏先著手改變甘蔗蟾蜍的體色,她把這件事當成某種暖身活動。某個關鍵的色素基因裡含有能讓蟾蜍(人類也一樣)製造酪胺酸酶(tyrosinase)的編碼,而酪胺酸酶能控制黑色素的生成。庫柏推測,若是讓這個色素基因失去作用,就能產出淡色而非深色的蟾蜍。她在培養皿中混合了一些精子與卵子,並在生成的胚胎中,以顯微注射技術注入數種 CRISPR 的相關混合物,並靜待結果。最先出現了三隻有奇怪斑點的蝌蚪——其中一隻死掉了,而另外兩隻(都是雄性)順利長成小蟾蜍。牠們被取名為小花與金金。「結果出爐時,我簡直欣喜若狂。」提薩跟我說。

庫柏接著把焦點轉向「破壞」蟾蜍的毒性。甘蔗蟾蜍將毒素存在肩膀上的腺體中。

若光憑毒素本身,那只會讓人作嘔。但蟾蜍遭到攻擊的時候,會產生一種蟾蜍毒鹼水解酶(bufotoxin hydrolase),能將毒素的毒性提升一百倍。透過 CRISPR 的技術,庫柏編輯出第二批胚胎的基因,她刪掉了帶有蟾蜍毒鹼水解酶編碼的基因,結果一批沒有毒性的小蟾蜍就誕生了。

——本文摘自《 在大滅絕來臨前:人類能否逆轉自然浩劫?》,2022 年 1 月,臉譜出版
臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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吃蝌蚪、怕蜘蛛、照大腸鏡都能研究?更多搞笑諾貝爾得獎作品攏底加!【科科聊聊 EP66】
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・2021/11/12 ・2851字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:

圖/Pixabay

繼前集 Y 編與泛科學專欄作家蔣維倫,分享今年搞笑諾貝爾獎的「性高潮舒緩鼻塞」實驗,以及歷年各種「色色」的研究後,本集將再續談作風前衛大膽的搞笑諾貝爾,還有哪些令人讚嘆的獲獎研究。

不僅吃蝌蚪、怕蜘蛛能成為研究題目,還有日本醫師「自照大腸鏡」切身體驗「痛並快樂著」的情緒,以及歷時近百年至今仍在進行的實驗,都曾雀屏中選。一起來聽聽這些奇葩的得獎作品吧!

  • 00:48 吃蝌蚪要像品酒一樣高雅

身為追隨搞笑諾貝爾獎多年的「愛用戶」,維倫分享看到有趣的得獎作品,會再回頭查閱其研究論文,了解研究者為何選擇此主題,以及如何進行研究。他也舉例,2000 年獲得生物學獎的「蝌蚪口感比較研究」讓他印象深刻,看到論文敘述受試的研究生們,要品嚐蝌蚪的各個部位如頭部、身體、尾巴,還要如「品酒」般,吃不同品項間要先漱口,都令他嘖嘖稱奇。

  • 03:03 竟有實驗進行 91 年還未完待續?

2005 年獲得搞笑諾貝爾物理學獎的「瀝青滴漏實驗」,早在 1927 年開始架設實驗室,若從 1930 年開始切開瀝青封口算起,至今已持續進行長達 91 年,號稱為史上耗時最久的實驗。最初的兩位實驗主持人都已過世,現已交棒至第三代研究者進行觀測。目前,上滴瀝青於 2014 年落下,而在 1988 年經校正環境後,近期每滴瀝青形成時間,約都要 12 至 13 年。因此第 10 滴瀝青可能會在 2026、2027 年落下。研究團隊更有架設實驗直播,可讓全球科學愛好者參與。

  • 06:42 自己的大腸鏡自己照!

另一個維倫曾撰寫過的研究,為 2018 年獲得搞笑諾貝爾醫學教育獎「以坐姿自行進行大腸鏡檢查」的實驗。過去,該名產科學家、日本醫師堀內朗也曾試過「自己照胃鏡」,而後又把腦筋動到肛門,照了自己的大腸鏡,想知道除了目前普遍的側躺姿勢外,是否能以「坐姿」進行檢查,以便讓部分患者(如體重過重者),以較舒適的姿勢進行檢查。

延伸閱讀:自己來肛肛好!不用假他人之手的大腸鏡──2018 搞笑諾貝爾醫學教育獎

  • 09:40 連大腸鏡檢查也要自己畫「漫畫」

堀內朗醫師也在研究論文自述,以坐姿自行進行大腸鏡檢查的過程相當順暢,內部器官也可照得很清楚,因此證實此檢查方式可行,只要在座椅下鑽洞方便儀器操作,便可輕鬆進行,甚至還在論文中,附上自繪的「檢查過程」漫畫。台灣的胡志棠醫師也曾在 2010 年,發表經鼻胃鏡的自體實驗,以患者角度感受「哪個環節最不舒適」,藉以改善檢查過程,令維倫戲稱這些研究者都是「痛並快樂著」。

  • 21:22 「胯下看世界」真的感覺不一樣

Y 編也分享,從小到大對世界都有各種新奇觀察,但未必會有人能與她討論,深入瞭解搞笑諾貝獎中的研究,才發覺這些科學家們,便是在驗證生活中的種種趣味「怪事」。例如:2016 年獲得感知獎的研究,便實驗「胯下看世界」會因看到的物體大小、遠近不同,導致你大腦所感知到的畫面,與直立站著所看到的相對有所差異,證實人不必站到桌上、或玩高空跳傘,也能「換個角度看世界」。

延伸閱讀:彎下你的腰,從胯下看看這個新世界吧!——2016 搞笑諾貝爾感知獎

  • 24:02 昆蟲學家竟會怕蜘蛛?

2020 年獲得搞笑諾貝爾昆蟲獎的研究,則是退休昆蟲學者理察維特,以問卷向其他昆蟲學家調查他們是否畏懼「乍似昆蟲、但實為節肢動物的蜘蛛」,過程中更有學者表示:「寧可撿起滿手的蛆,也不想要靠近一隻蜘蛛。」令 Y 編對於昆蟲學家竟還「怕蟲」感到詫異,也佩服學者們還有心研究「怕蜘蛛」這檔事。

延伸閱讀:昆蟲學家也會怕蜘蛛!多了兩隻腳是有差膩 XD?——2020 搞笑諾貝爾昆蟲獎

  • 28:26 人們「怕蟲」是後天養成的?

針對此項研究,維倫也引申發想到,為何同為節肢動物,人們普遍會害怕蜘蛛,但對蝦、蟹卻未必會恐懼。Y 編則也分享,小時候經爸爸「特訓」,膽敢徒手除蟑螂,但就學後反而會因為周圍朋友皆怕蟑螂,受環境影響而也因此恐懼,到泛科學工作後又會較理智面對。維倫則回應後天的訓練或習慣養成,可能也是導致人們對某事物喜愛或畏懼的原因。

  • 32:23 偽科學、政客都可能獲獎

歷年來,搞笑諾貝爾獎也多次藉頒獎,諷刺「偽科學」的荒謬,例如:1991 年的化學獎由免疫學家賓文尼斯特獲獎,其曾在期刊刊登「水有短暫記憶」的研究遭到「打臉」;同為化學獎,1995 年則頒給設計師畢堅帕克薩德,由於他所設計的「DNA 古龍水、香水」,根本毫無去氧核醣核酸(DNA)成分;1998 年的物理學獎則授予作家狄巴克喬布拉,因為他經常錯誤以「量子力學」解釋生命本質等事物。

繼去年醫學教育獎頒給多位世界領袖,諷刺他們對於 COVID-19 疫情的錯誤決策,今年的經濟學獎則頒給發覺「政客肥胖程度,可能是檢驗該國貪腐指標」的研究,也展現出搞笑諾貝爾獎對政治時局的關注。

延伸閱讀:

疫情也阻止不了的 2020 搞笑諾貝爾獎!宅在家慶祝這充滿 BUG 的一年

【2021 搞笑諾貝爾獎】10 項「廢到笑」獲獎研究出爐

  • 34:50 性愛題材大家愛聽又不敢聊?

上集內容提及能在搞笑諾貝爾獲獎的作品,常是以「性」為題的研究,而過往泛科學的性愛相關文章,流量反應也頗佳,但可能因讀者不習慣談論性,在社群上討論度較低。因此,去年的科科聊聊 13 至 17 集節目中,曾邀請賓果、海苔熊、法律白話文、同志熱線成員等來賓,暢聊「性教育」議題,Y 編未來也希望再規劃「性相關」主題的節目,讓大家從科普的角度,更認識自己的性與身體。

延伸閱讀:

看 A 片學英文!性愛姿勢百百種,用英文該怎麼說? ft.賓狗【科科聊聊 EP13】──泛科學Podcast

看 A 片學輔導!來測測你是哪種性格?學學該怎麼越做越愛! ft.海苔熊【科科聊聊 EP14】

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女同志都怎麼做愛?超實用性愛小建議! ft.同志諮詢熱線【科科聊聊 EP16】──泛科學Podcast

BL 漫畫同志都怎麼做愛?超實用性愛小建議! ft.同志諮詢熱線【科科聊聊 EP17】──泛科學Podcast

除了本次搞笑諾貝爾節目之外,日後也會有更多主題,提供給各位泛糰聽眾們做票選,請大家敬請期待!

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