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好大的空氣清淨機呀—專訪工研院鈣迴路碳捕捉技術團隊

雷漢欣
・2014/10/29 ・2469字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 492 ・五年級
榮獲2014全球百大科技研發獎的鈣迴路二氧化碳捕獲試驗廠。照片來源:工研院
榮獲2014全球百大科技研發獎的鈣迴路二氧化碳捕獲試驗廠。照片來源:工研院

工研院綠能所的團隊經過多年的努力,研發鈣迴路碳捕捉技術,可以減少燃燒廢氣中90%的二氧化碳,此技術已經從新竹的實驗室移轉到花蓮台泥和平水泥廠進行放大試驗,技術上不僅有重大突破,未來還有很大的研發潛力,因此獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)

除了跟大家分享工研院的研發成果,泛科學也想聽聽研發團隊的故事,L編跟Z編來到好山好水的花蓮,不僅吃了扁食、參觀了捕捉二氧化碳的碳捕捉試驗廠,我們也捕捉到工研院的徐恆文、柳萬霞跟黃欽銘三位研究員,與我們分享得獎光環背後這段勵志又靈異(!)的研究人生。

地方的研究需要業界支持

研發團隊進行研究的最終目的,是讓技術可以實際幫助產業。在實驗室裡,所有條件都能受到良好的控制,但是規模也小。若想要放大到商業規模,得經過重重階段,才能達到預期,若貿然轉移給產業,反而會增加失敗的風險。柳萬霞說:「我們這個鈣迴路的計劃中包含了在產業實踐的試驗廠,多做這一層研究,就能搭起實驗室跟產業之間的橋樑,這是比較完整的模式。」

經過多次的提案經驗,徐恆文領悟到研究單位找業界合作的祕訣,他認為「不僅要找到對的人,更要找到能做決策的人。」通常提案在企業中會一層一層的往上審核,即使雙方再怎麼相談甚歡,若公司的決策者最後無心參與,團隊還是前功盡棄。與台泥的合作案一開始也沒那麼順利,但由於辜成允董事長秉持著「環保是企業責任,不是成本」的信念,大力支持工研院的鈣迴路碳捕捉計劃,最後試驗場才得以順利進行。可見找到有意願又有權力決策的人是很重要的。

研發團隊的黃欽銘(右起)、柳月霞、徐恆文,與綠能所胡耀祖所長(左二)台泥辜董(左三)、工研院徐爵民院長(中)合影。照片來源:工研院
研發團隊的黃欽銘(右起)、柳月霞、徐恆文,與綠能所胡耀祖所長(左二)台泥辜董(左三)、工研院徐爵民院長(中)合影。照片來源:工研院

產學合作重要的溝通技巧

找到夥伴後,產學合作的雙方需要互相學習才能成功,學界研究人員儘管學歷高,也要能虛心受教,現場人員才願意分享寶貴的實務經驗。工研院研究的主軸不在前瞻的開發,而是發展能提升產業的實用技術,這需要產業的合作,才能驗證理論的可行性,真正幫助的業界。黃欽銘說:「學界、業界各有所長,沒有誰好誰壞,首先要開誠布公地說明彼此的優缺點,兩者才能互相幫助。」徐恆文點頭贊同:「我們在新竹實驗室的碳捕獲規模為3KWt,原本預計在花蓮先建造十倍大的試驗廠,若成功了再一步步擴大試驗,台泥和平廠的鎮廠之寶黃廠長卻建議我們直接做2MWt的規模,這整整是實驗室規模的600倍!對我們來說是很大的冒險,但我們相信黃廠長在業界累積的專業經驗,接受他的意見直接做2MWt的試驗廠,以現在的成果來看,黃廠長的確做了很正確的決策。」

徐恆文繼續說:「我們剛來台泥建碳捕捉試驗廠時,燃燒機的設計有待調整,採集樣本非常困難,黃廠長見狀主動幫我們改良燃燒機的設計跟下料位置,為我們解決了很多問題。」柳萬霞說:「其實合作時研究單位會用到業界的資源,在水、電、場地、人員管控上都會造成現場工作人員的麻煩,黃廠長提供我們很多援助,也參與我們的研發討論,讓我們吸收到很多業界的經驗。」

徐恆文(左三)、柳月霞(右一)、黃欽銘(右二)分享鈣迴路碳捕捉技術的研究歷程。照片來源:工研院
徐恆文(左三)、柳月霞(右一)、黃欽銘(右二)分享鈣迴路碳捕捉技術的研究歷程。照片來源:工研院

克難做實驗,甘苦誰人知

資源的缺乏是很多研究人員共有的煩惱,柳萬霞想起一段往事:「鈣迴路試驗廠建立的第一年,我去匹茲堡參加了煤炭研討會,在會議中巧遇舊識,寒暄兩句後發現彼此都在做碳捕捉的計劃,朋友很高興地跟我說:『我們今年跟美國的公司合作,領到400萬美金的經費喔!你呢?』我當下被這個金額震懾住了,但還是要故作鎮定的回答:『我們有40萬。』『哦?美金還台幣呢?』面對這尷尬的問題,我只能樂觀地回應:『呵呵,未來無上限啦。』其實面對400萬美金的預算,四十萬台幣這幾個字我根本說不出口!」柳萬霞哈哈大笑。「所以台泥給我們的資源真的很重要,業界有心,我們才能一起克服研發的困難,希望有更多業者能支持實驗轉商業這個階段的研究。」

除了業界的資源,工研院團隊也收到許多專業人士的幫助,柳萬霞說:「我們在這個研究領域起步較晚,需要很多人的幫忙,除了交大熱心提供實驗儀器外,我們也受到各界專家的指導,像是西班牙CSIC的專家Abanades Carlos、還有在美國俄亥俄州立大學任教的范良士院士等等,都不藏私地提供我們很多協助。」

養肝千日,用在實驗時

克服了儀器、經費的問題,研究人員也需要具備超人的毅力和體力,不僅要「拋家棄子」遷居花蓮進行試驗,還要應付日夜顛倒的研究生活。黃欽銘說:「當時我們在工研院旁邊有一個試驗廠,每一次的實驗都會時續兩三天,我跟同事就必須輪班接力,有一天我們同事兩人在觀察移動床煅燒的硫化現象,當時是清晨五點左右,廠區內只有我跟同事兩人,天色還暗著,我已昏昏欲睡,在眼睛闔上的前一刻,忽然有一道白影從前方一百公尺處迅速飛向廁所,我以為自己精神不濟而產生幻影,也不疑有他,剛好尿急就準備動身前往廁所,這時同事卻說:『你膽子真大,看到白影飛向廁所還敢追上去看!』我才發現,原來之前看到的不是眼花,害我晚上都不敢去上廁所!」

徐恆文說:「這個實驗真的很玄,我們搬來花蓮的試驗廠後,同仁輪大夜班時,也曾發生空氣壓縮機被關閉的事件,我們排除了一些可能了人為因素,還是找不到原因,很有趣吧。」聽完研究團隊笑中帶淚的故事,才知道鎂光燈下的榮耀背後有多少汗水。希望他們試驗廠的下一步發展也能這麼順利,期待未來聽到更多好消息!

本系列文章由工研院支持,PanSci編輯部策劃執行。


 

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雷漢欣
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PanSci的菜菜實習編輯,來自溫馨的動科系,心情好的時候喜歡說「你知道嗎!?」小故事,即使常得到「誰不知道阿.......」的冷眼回應,也不改其志。


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觀賞蝦身上長蟲?俗稱蝦蛭、也不盡然是寄生蟲的蛭蚓

YTLai_96
・2020/12/29 ・3250字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

近年來觀賞蝦養殖興起,連帶的也讓許多人注意到心愛的蝦子身上有時會出現細長的條狀物。對飼主而言,這些像水蛭一樣用前後吸盤交錯黏附移動的不速之客,通常都稱之為「蝦蛭」,而且看那副噁心的長條模樣,勢必就是寄生在蝦子身上造成病狀的禍首,非除之而後快不可。

不過,這些坊間流傳的資訊裡頭其實有些誤會,且讓我們一一道來。

黏在淡水蝦頭上的兩隻蛭蚓。圖/作者提供

那些很像蛭類的小東西

首先,雖然這些細長條狀的蟲像水蛭一樣,用前後吸盤交錯黏附移動,但是牠們其實並不真的屬於蛭類,而是蛭類的親戚,叫做蛭蚓(Branchiobdellidan)。

蛭蚓,顧名思義,就是長相上介於蚯蚓和蛭類的動物。一般而言,蛭蚓的體型微小,身體圓柱狀,僅有數公釐至一公分出頭。雖然蛭蚓和蛭類一樣都是以頭尾交替吸附的方式移動,但蛭類擁有口吸盤和尾吸盤,蛭蚓卻只有尾吸盤而沒有口吸盤。此外,比起擁有 27 節軀幹體節的蛭類,蛭蚓的軀幹體節數僅有 11 節,加上癒合為頭部的 4 節體節也才 15 節。整體而言,似乎像是簡單版的蛭類,因此 21 世紀之前,蛭蚓被視為是較原始的蛭類。

然而,藉著分子親緣技術與工具的進步,本世紀初的研究發現蛭蚓是與蛭類有共祖的姊妹群,而不是原始的蛭類。因此,蛭蚓身上這些看似簡單版的蛭類特徵,應該只是共祖的後代在適應環境的過程中演化的結果。

蛭蚓在解剖顯微鏡下的模樣,左邊為游離搖擺的頭部,右邊則是吸附於表面的尾吸盤。圖/作者提供

蛭蚓或許礙眼,但並不一定是寄生蟲

和蛭類相比,蛭蚓的生活史實在是更不獨立了點。蛭類當中僅有一部份種類不時得附著在其他動物身上吸血營生,但目前已知的所有蛭蚓終其一生都必須附著在其他動物身上,而且絕大多數是以淡水蝦如螯蝦、米蝦為附著的優先選擇,但也有附著於淡水等足目或其他淡水蝦蟹的記錄,因此蛭蚓對於附著的淡水甲殼類種類並沒有強烈的專一性。

話說回來,蛭蚓雖然整個生活史都要依附在淡水蝦身上,但並不表示牠一定就是對淡水蝦有傷害的寄生蟲。如果蛭蚓的依附讓淡水蝦的生活變得更辛苦,那麼蛭蚓就是對淡水蝦宿主有負面影響的寄生蟲;但如果蛭蚓的依附生活史對淡水蝦不痛不癢,那麼蛭蚓和淡水蝦宿主就是片利共生的關係;而若是蛭蚓的存在讓淡水蝦生活得更好,那麼兩者就是互利共生的關係了。

因此,雖然坊間對蛭蚓在觀賞蝦身上的危害言之鑿鑿,但過去的研究顯示,蛭蚓的食性其實多半是其他更小的無脊椎動物或浮游生物,也會啃食宿主外骨骼上附著的單細胞藻類和其他有機碎屑,況且牠們由兩片硬化的顎構成的口器,實在也不適合啃食宿主的組織或吸食宿主的體液。先前的多數研究也發現,北美洲的蛭蚓待在螯蝦宿主身上,大部分時候既不會提高螯蝦的死亡率,也沒有其他明顯的負面影響,因此蛭蚓和淡水蝦的關係,應該是以對蛭蚓有利、對淡水蝦宿主無害的片利共生為主。

北美螯蝦螯上的蛭蚓。圖/Wikipedia

更進一步而言,蛭蚓依附在淡水蝦身上啃蝕宿主外骨骼黏附的藻類和碎屑,其實可能對宿主是有利的。在一些先前的研究中發現,當蛭蚓在螯蝦宿主身上達到相當密度,則可能因為清理了淡水蝦宿主身上和鰓上沾附的碎屑和藻類,讓宿主變得更身輕如燕而健康,因此蛭蚓和淡水蝦宿主就像是清潔蝦與海鰻一樣,形成了互利共生的雙贏局面。

清潔蝦與海鰻的互利共生關係。圖/Wikipedia

然而,要說蛭蚓在淡水蝦身上一點壞處都不會有,倒也不盡然。近年來的研究發現,當蛭蚓在淡水蝦身上的密度過高,可能就會在吃光了宿主外骨骼上附著的碎屑和藻類之後轉而啃食宿主的鰓組織,因此對宿主造成了負面影響。過高的蛭蚓密度也會限制淡水蝦宿主的移動能力,讓宿主無法正常進食,並且更容易成為捕食者的目標。蛭蚓的胃內含物分析也發現,蛭蚓幼體的消化道中的確有宿主的鰓組織,但蛭蚓成體卻沒有,而且只有棲息在宿主鰓部的蛭蚓,消化道中才會出現宿主的組織。因此,在蛭蚓的生活史中,或許只有早期生活史的幼體階段,而且只有在蛭蚓正好棲息於淡水蝦鰓部的時候,才可能轉以寄生的形式造成宿主負面影響。

台灣的蛭蚓目前僅一種,而且所知不多

話說回來,上述的研究都是以北美的蛭蚓和螯蝦宿主為研究的對象。在台灣,目前已知的蛭蚓只有平頭霍氏蛭蚓(Holtodrilus truncatus一種,這種蛭蚓廣泛分佈在台灣、日本、韓國與中國,而且多半是在俗稱黑殼蝦的擬多齒米蝦(Caridina pseudodenticulata)、台灣米蝦(Caridina formosae)、白斑米蝦(Caridina leucosticta)、多齒米蝦(Caridina multidentata)、甚至玫瑰蝦(Neocaridina davidi)等的小型淡水蝦身上發現。根據研究,目前僅知分佈於日本本州中部紀伊半島的平頭霍氏蛭蚓的確存在著某些宿主偏好,當兩種不同的淡水蝦同時存在時,會選擇特定一種做為宿主,而且對宿主的選擇偏好也符合在野外觀察到的感染盛行率。至於牠們對宿主的影響是否相似於北美的蛭蚓和螯蝦宿主,也還不得而知,或許因為宿主的相對體型更小,使得台灣的蛭蚓和淡水蝦之間更可能趨近於寄生關係也說不定。

尷尬的是,由於近年來台灣在觀賞淡水蝦市場上輸出了不少淡水蝦個體,連帶的也讓平頭霍氏蛭蚓輸出到世界各國,成了異國水族缸裡的新成員。2020 年的波蘭研究發現,120 隻從台北運到華沙的水族賞玩用的台灣米蝦當中,總共找出了 122 隻附在蝦子身上的平頭霍氏蛭蚓,整體來說這些米蝦感染蛭蚓的比例達 23.3%,感染蛭蚓的米蝦身上平均有 4.4 隻蛭蚓。區分米蝦的性別來看,雄蝦感染蛭蚓的比例似乎稍高,但雌蝦感染的蛭蚓平均數量比較多。平頭霍氏蛭蚓感染的位置也有所偏好,有 44.3% 的感染落在胸足區域,22.1% 的感染在額角附近,其次是 21.3% 的感染在腹足與腹部區域,最後才是 12.3% 的鰓部感染。此外,雖然雌雄米蝦同樣在胸足區域有最多的感染,但雄蝦被蛭蚓感染的位置更常發生在腹足與腹部區域(43.3%),卻不曾出現在額角;反觀雌蝦被蛭蚓感染額角區域有29.3%,在腹足與腹部區域則僅有14.1%。

如何去除平頭霍氏蛭蚓

讓淡水蝦玩家皺眉的消息是,在 2020 年這一篇研究中,雌性台灣米蝦的鰓部、腹足和腹部區域的確可見些許損傷,雖然也可能有其他的原因,但這有可能就是因為平頭霍氏蛭蚓活動造成的。所以,即使蛭蚓可能無害,但對淡水蝦玩家來說,或許是看了討厭、或者是為求保險,總之也許還是希望將蛭蚓除之而後快。那麼,到底該怎麼做才好呢?

其實,去除蛭蚓最簡單的方式,就是將水體鹽度升高到 0.5% 以上。根據 2016 年的日本研究,平頭霍氏蛭蚓在水體鹽度達1%時,三小時內就會死光光,不過這個實驗是把蛭蚓從宿主身上取下來以後才進行的,所以各位淡水蝦玩家們哪天要是想依法炮制,千萬務必先確定手上的淡水蝦能夠忍受鹽度 1% 超過三小時,否則為了去除蛭蚓結果也讓心愛的蝦子魂歸西天,宿主因為附生的無害小蟲而玉石俱焚豈不得不償失,你說是不是哪?

參考文獻:

Brown BL, Creed RP, Dobson WE (2002) Branchiobdellid annelids and their crayfish hosts: are they engaged in a cleaning symbiosis? Oecologia 132: 250–255

Brown BL, Creed RP, Skelton J, Rollins MA, Farrell KJ (2012) The fine line between mutualism and parasitism: complex effects in a cleaning symbiosis demonstrated by multiple field experiments. Oecologia 170: 199–207

Farrell KJ, Creed RP, Brown BL (2014) Preventing overexploitation in a mutualism: partner regulation in the crayfish–branchiobdellid symbiosis. Oecologia 174: 501–510

Maciaszek R, Jabłońska A, Prati S, Swiderek W (2020) First report of freshwater atyid shrimp, Caridina formosae (Decapoda: Caridea) as a host of ectosymbiotic branchiobdellidan, Holtodrilus truncatus (Annelida, Citellata). Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems 421: 33–40

Niwa N, Archdale MV, Matsuoka T, Kawamoto A, Nishiyama H (2014) Microhabitat distribution and behaviour of Branchiobdellidan Holtodrilus truncatus found on the freshwater shrimp Neocaridina spp. from the Sugo River, Japan. Central European Journal of Biology 9: 80–185

Tanaka K, Wada K, Hamasaki K (2016) Distribution of Holtodrilus truncatus, a Branchiobdellidan Ectosymbiotic on Atyid Shrimps in the Kii Peninsula, Western Japan, with Reference to Salinity Tolerance and Host Preference. Zoological Science, 33: 154–161

大高明史,陳榮宗(2010)台灣內水域新紀錄一種蛭蚓類及四種貧毛類。台灣生物多樣性研究 12: 97–110

大高明史,格爾德,大和茂之,陳榮宗,西野麻知子(2015)台灣匙指蝦類體表兩種外共生蛭蚓目及切頭類之共棲。台灣生物多樣性研究 17: 253–262


 

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YTLai_96
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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著