0

0
0

文字

分享

0
0
0

死了一隻鯨魚之後:心跳停止後誕生的新天地

陳俊堯
・2015/04/05 ・2702字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 480 ・五年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

NOAA Ocean Explorer: Expedition to the Deep 2006 Slope Logs
照片來源: Wikipedia / Craig Smith NOAA 

人死後成為一堆棺材裡的白骨,孝順的話你的子孫或許在清明節想起你,會把你的名字記個一百年,不過你對這個世界的影響大概就只能走那麼遠了。

鯨魚死了以後,全身的養份回歸自然,百年後還能繼續滋養地球上其它的新生命。2015 年的海洋科學年度評論(Annual Reviews of Marine Science) 花了26 頁的篇幅來描述鯨魚死後才發生的奇妙變化。一起來看看。 

腐食者的自助餐廳

當鯨魚的心臟奮力推出最後一盅鮮血,大海的精靈也在那瞬間變成其它生物以搶奪的食物。碩大的身軀在藍色的大海裡緩緩落下,在一陣揚起的沙塵中選擇了未來數百年要停留的地點。生物的組織充滿了其它生物想盡辦法要得到的養份,包括蛋白質、脂肪和核酸等等營養價值高的大分子,這樣一大塊食材從天而降,在這食物完全得靠老天賞賜的海底是件不得了的大事。得到消息的動物從四面八方趕來,從最好的最大塊的肉塊下手,來得晚的就只能選人家剩下的。多毛類、螃蟹都來了。沒下巴可以咬東西的盲鰻群趕來,在屍體間穿梭,在腐爛的肉泥肉屑裡大肆搜括。這場腐肉爭奪戰在數百公尺深的寒冷海床上只能以慢動作進行著,時間可能長達數年。

當肉塊只剩肉屑,主要戰場逐漸轉移到鯨魚的白骨上。鯨魚厚重的骨頭裡裝了滿滿的脂肪,佔總重量的八九成。這些好料被封存在厚重的硬骨質裡面,才能躲過先前腐食動物大軍的搜括。現在這些養份只能從骨頭的裂縫裡慢慢被釋出,不然,就只能期待有某種生物可以像破壞金庫一樣卸除骨頭的保護了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這時,該是食骨蠕蟲 Osedax上場的時候了。

專門啃白骨的食骨蠕蟲

食骨蠕蟲這一屬(Osedax屬)的生物,最早是 2002 年在美國加州蒙特利灣(Monterey Bay),在2800公尺深的灰鯨遺體上被找到的。這些奇怪的生物常出現在鯨魚屍體留下的骨頭上,身體像個管狀的花瓶,從白骨上向外伸出漂亮的鮮紅色構造,這是牠們的鰓。而在管狀花瓶的基部有根往下鑽進堅硬的骨頭裡,似乎正從骨頭裡擷取別人看得到拿不到的珍貴養份。當研究人員把這長相奇特的生物帶進實驗室裡解剖,卻驚訝地發現這蟲有個驚人的秘密:牠們沒有口,沒有胃、沒有肛門,這種能一點一點啃掉鯨骨的怪物居然沒有消化道!

boneworm3-worms-350
MBARI 的研究中發現鯨魚骨骼上出現的食骨蠕蟲。 照片來源: Monterty

食骨蠕蟲的難題

這神奇的動物沒有口,所以沒有機會靠利齒刺穿硬骨。食骨蠕蟲長出長長的根狀體深入骨頭裡,在分析牠們根狀體組織後,研究人員發現在這裡有兩種產酸的基因大量表現,顯示這個構造具有大量向外分泌酸的能力,用酸來把硬骨溶掉。硬骨質被溶開之後,夾雜在裡面的膠原蛋白和脂肪們就會被釋出,可以被動物利用了。有趣的是,我們身體裡控制骨骼改建的噬骨細胞(osteoclast),也是使用一樣的方法來溶掉不需要的骨頭。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研究人員在解剖根狀體後發現裡面竟然是裝滿共生的細菌。在海底這種不毛之地,海洋無脊椎動物和細菌間的互利共生還不算少見。最著名的例子是在海底熱泉附近的管蟲,一樣是個沒有消化道,卻在身體裡養了一堆細菌房客。管蟲用鮮紅的鰓把海底熱泉噴出來的硫化氫收集送進體內,而體內的細菌房客把硫化氫氧化取得能量,利用這些能量來固碳製造養份,供自己使用,也用來交房租養活管蟲。這些細菌房客的功能重要性,就如同是在這個海底暗黑生態系裡的藻類一般,製造出維持生態系所需要的有機養份。

Osedax_rubiplumus
食骨蠕蟲 Osedax rubiplumus. 照片出處: BMC Biology 7: 74. doi:10.1186/1741-7007-7-74

食骨蠕蟲的細菌房客

回到我們的食骨蠕蟲。牠們的細菌房客們也像藻類一般提供養份,有著支持生態系的光環嗎? 研究人員在 2014 年把食骨蠕蟲根狀體裡的共生細菌小心過濾出來,把基因體序列給解讀完畢。結果他們發現這些細菌是異營性生物,能吸收利用外界的氨基酸和單糖,卻不像管蟲的房客一樣具有固碳製造有機養份的能力。從基因體大小來判斷,研究人員目前認為這些細菌還保有自己在環境裡生存的能力,可能是食骨蠕蟲在小時候從環境裡招募來的房客。可是光從基因體序列來推測房客有什麼本領,我們的確還看不出來這房客對食骨蠕蟲到底有多重要,或許像我們腸道裡的細菌一樣會製造維生素,或許一些主要的代謝已經全權交給細菌處理,這些要等進一步的研究結果才會知道了。

暗黑世界裡的原核能量流轉

當食骨蠕蟲打開了鎖住養份的硬骨,外頭的細菌便快速進入寶庫,開始利用一批一批出土的養份。在先前腐肉爭奪戰中掉落出來的肉屑們散佈在周圍,成為細菌建立殖民地的理想環境。這些細菌拿了這裡的有機養份,在氧氣不足的底泥裡進行發酵產生了氫氣,第二輪細菌用了這些氫氣當能量產生了甲烷,或把用完的電子塞給海水裡的硫酸根,產生了黑色的硫化氫。第三輪的細菌接手把硫化氫當做能源來使用。這些細菌相互合作把鯨骨裡釋出的養份做了最有效率的運用,在原本應該冰冷荒涼的海底,成就了一個複雜而熱鬧的微生物世界,在鯨骨的附近可以看到大片黃色白色的細菌群體。這時,海底的動物發現了這裡長出了大片能吃的微生物,逐漸從四周逼近來收割食物。養份又重新回到動物的體內。在一輪一輪的傳球後,這些養份逐漸在繁茂的的生命現象後耗竭。

每樣東西都有它的用途

食骨蠕蟲在這場養份轉換中扮演重要角色。在小型鯨魚,或者甚至魚類或鳥類的骸骨上,由於溶開硬骨的的困難度較低,常常可以見到比較多的食骨蠕蟲在白骨上努力工作,數年內這堆白骨會逐漸從海床上消失。但是碰上大型鯨魚,溶開硬骨能得到的養份不夠用,這骨架就可能像不具開採價值的礦坑一樣遭到棄置而在往後的數十年或數百內年內都維持原樣。而海洋生物依然充份利用這項資源,像是海葵這樣的動物就可以利用這擋住水流的大骨架來當做基地,讓自己更容易從水流裡撈取有機物碎屑做為食物。2014 年一個英國團隊發表了的研究檢視了一具在倫敦附近出土的侏儸紀時代的魚龍骨骸化石,上面佈滿各種當時附著在上面的無脊椎動物,儼然像是座古早的魚礁。他們仔細檢視了化石上的化學組成,發現這些生物被擋在骨頭外面,沒能成功入侵取得裡面的大量脂肪當養份。一直到被大量泥沙覆蓋之前,這些大動物的白骨還是開放提供給各路好漢使用。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

檢視自己走過的生命,一端是剛出生的小娃兒,另一端是終點死亡,心想大概自己已經比較靠近成為白骨的一端了吧。人除了把白骨放在容器裡等清明節被想起,能不能像鯨魚一樣,讓自己的能量再次成為地球的一部份呢?

參考文獻

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
陳俊堯
108 篇文章 ・ 22 位粉絲
慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
247 篇文章 ・ 319 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

104
0

文字

分享

0
104
0
肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
247 篇文章 ・ 319 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

5
2

文字

分享

0
5
2
海洋盛宴——抹香鯨落
黑潮海洋文教基金會_96
・2023/11/05 ・3099字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 文 胡潔曦|黑潮海洋文教基金會 鯨豚保育研究員
  • 本文轉載自黑潮海洋文化基金會《海洋盛宴——抹香鯨落》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持黑潮喔!
圖一、抹香鯨舉尾下潛

編按:本文主要內容與圖片摘錄、翻譯自文獻Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan,期望在頻繁目擊抹香鯨的 7 月,跟大家分享抹香鯨落的研究。

生存在深海中並非容易的事,由於深海裡缺乏陽光與有機物質,許多生物是藉著海水表層落入深海的有機物質維生。當鯨豚死亡後沉入海底,這段過程、遺體以及過程中所形成的生態系均可被稱為「鯨落」。鯨落可以說是生命的延續之源,而這些殞落至海底的鯨豚有如「金山銀山」,不僅能提供大量的有機物,同時也將許多硫化物帶入海底,造福許多海洋生命,因此也有一句話說:「鯨落,萬物生」。這篇文章透過閱讀國外文獻與整理,希望跟大家分享抹香鯨死亡之後的貢獻!

圖二、世界目前已知的鯨落位置,Implant=人工鯨落  Fossil=鯨落化石  Natural=自然鯨落(Li et al. 2022

故事的開始——集體擱淺在日本的抹香鯨

在 2002 年 1 月,日本的西南海岸發生了一起集體擱淺,共發現了 14 隻抹香鯨,而其中 12 隻抹香鯨被綁上水泥塊後,被當地政府沉入了 Nomamisaki 岬角周邊深度大約兩、三百公尺的海裡,形成了多座人工鯨落。當時有許多學者對於抹香鯨落感到好奇,究竟牠們會吸引來哪些生物?而抹香鯨龐大的遺體會需要花費多長時間分解呢?透過這項研究,或許能讓人們對大型齒鯨落的分解過程更加瞭解。

圖三、編號 12 之抹香鯨在 2003 年之手繪插圖(Fujiwara et al. 2007

事實上,在 2002 年以前,多數的鯨落研究出自於美國的加利福尼亞州外海,並以鬚鯨為主要研究對象,而這些鯨落的深度幾乎都落在一、兩千公尺深,比起這次抹香鯨落群的深度深了非常多。而這次大量出現在日本西南海域的多座人工鯨落有著種種獨特性,包含了:深度淺、是大型齒鯨的鯨落等等,也讓學者們充滿好奇心。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

究竟要如何長期觀察抹香鯨落呢?

閱讀至此,不知道讀者們是否有一項疑問?在兩三百公尺深的海裡,既缺乏可見光,同時也承受著數十倍的大氣壓,在這樣的條件下到底要如何觀察抹香鯨落呢?「ROV——水下探測載具」即是這個研究的一大助手,能夠幫助科學家們突破這些困難,不僅能在深海中蒐集珍貴的影像,也可以完成採集的工作。而在團隊耗費了 3 年運用水下載具追蹤其中的五隻抹香鯨後,他們也有了些有趣的收穫,透過圖四可以看到這段時間抹香鯨的外觀變化。

圖四、編號 12 之抹香鯨 a. 2003 年 7 月  b. 2004 年 7 月  c. 2005 年 7 月利用水下探測載具拍攝影像(Fujiwara et al. 2007

經過數年的追蹤後,研究團隊發現,抹香鯨落歷經分解的速度堪稱飛快!根據 2003 年的鯨落研究,學者將鯨豚分解的過程定義為下述四個階段(Smith and Baco 2003),而第一個階段到最後階段可能會歷時數年甚至到數十年,當鯨豚的遺體越大,可能耗時越長:

  1. 移動清道夫階段(Mobile-scavenger):生物會快速消耗掉鯨豚體表上的肉與脂肪。
  2. 機會主義者階段(Enrichment opportunist):生物開始進駐鯨豚裸露的骨頭及周邊富含營養的底層泥沙上。
  3. 化能自養階段(Sulphophilic):骨骼釋放硫化物,供養海洋中依靠硫化物維生的生物。
  4. 骨礁階段(Reef):在所有有機物質被消耗之後,即會進入骨礁的階段。

註解:上述中文名詞翻譯參考自國家地理頻道及國立海洋科技博物館 鯨落展區。

鯨落最快被消耗掉的部分是身上的肉跟脂肪,而這份文獻研究的 5 座抹香鯨落,肉跟脂肪在經過 1 年之後已幾乎被消耗殆盡;經過 1.5 年之後,抹香鯨落已進入化能自養階段,骨骼開始釋放硫化物質;有些大型鯨落從化能自養階段轉為骨礁期要歷經數十年,根據這項研究發現,部分抹香鯨落竟在 3 年後就能夠進入骨礁期,身上所有的有機質都被消耗殆盡,而這樣的進度相較於過去鬚鯨落的研究是非常快的!研究人員初步推測,可能是因為此處的平均水溫相較其他鯨落研究的海域高,生物分解的速度比較快。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

抹香鯨落上意想不到的生物多樣性

這次的研究共有發現超過百種生物聚集在抹香鯨落周邊,包含軟體動物門、多毛綱與甲殼綱的生物等,在 1.5 年後,貽貝是抹香鯨骨骼上最為豐富的生物類群(圖五)。而抹香鯨落整體的生物多樣性在到達 3.5 年時來到高峰,紀錄中共有八十多種生物出現。

圖五、位在抹香鯨脊椎骨的貽貝(Fujiwara et al. 2007

除了確認抹香鯨的腐化速度之外,研究人員也會在探測載具每次下海時採集底部的泥沙,經分析發現,抹香鯨身體下方泥沙中的硫化物濃度,隨著鯨落分解的時間越久,濃度也會逐漸提高,並吸引來大量仰賴硫化物生存的生物。為了進一步確認周遭環境的生物是否與抹香鯨身上的有差異,研究人員也將抹香鯨 10 米以內與外的生物做了比較,發現鯨落 10 米以外的物種與鯨落上的生物完全沒有重疊,也證明了鯨落的出現確實吸引來許多的生物。

鯨落,萬物生

鯨落的各個分解階段吸引了許多生物造訪,肉與脂肪等在幾個月內快速地被消耗掉,有機碎屑也能讓周邊海底的富含養分,而抹香鯨骨能釋放硫化物數年,部分大型鯨甚至可能長達數十年。「鯨落,萬物生」,在鯨豚生命的最後一章,牠們的身體緩緩沉入海底,成為了大量生物的食物來源。至 2022 年為止,目前世界已知鯨落共有約 160 座,也希望隨科技進步,人們能更深入認識鯨落為環境帶來的影響。

影片分享:美國於2019年在NOAA保護區發現的深海鯨落

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考資料

  1. Fujiwara, Y., Kawato, M., Yamamoto, T., Yamanaka, T., Sato-Okoshi, W., Noda, C., Tsuchida, S., Komai, T., Cubelio, S.S., Sasaki, T., Jacobsen, K., Kubokawa, K., Fujikura, K., Maruyama, T., Furushima, Y., Okoshi, K., Miyake, H., Miyazaki, M., Nogi, Y., Yatabe, A. and Okutani, T. (2007), Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan. Marine Ecology, 28: 219-232.
    https://doi.org/10.1111/j.1439-0485.2007.00150.x
  2. Li Q, Liu Y, Li G, Wang Z, Zheng Z, Sun Y, Lei N, Li Q and Zhang W (2022) Review of the Impact of Whale Fall on Biodiversity in Deep-Sea Ecosystems. Front. Ecol. Evol. 10:885572. doi: 10.3389/fevo.2022.885572
  3. https://oceanservice.noaa.gov/facts/whale-fall.html
  4. https://natgeomedia.com/environment/article/content-6001.html
  5. https://www.soest.hawaii.edu/oceanography/faculty/csmith/Files/Smith%20and%20Baco%202003.pdf
  6. http://hi.people.com.cn/BIG5/n2/2020/0409/c228872-33936490.html
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
黑潮海洋文教基金會_96
5 篇文章 ・ 2 位粉絲
  黑潮海洋文教基金會,1998年於花蓮成立,是臺灣第一個為「鯨豚與海洋」發聲的民間非營利組織。最初以鯨豚調查為開端,多年來深耕於海洋議題、環境教育與科學調查,如同一股陸地上的黑潮洋流溫暖而堅定,期許每個臺灣人的心中都有一片海洋。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
死了一隻鯨魚之後:心跳停止後誕生的新天地
陳俊堯
・2015/04/05 ・2702字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 480 ・五年級

NOAA Ocean Explorer: Expedition to the Deep 2006 Slope Logs
照片來源: Wikipedia / Craig Smith NOAA 

人死後成為一堆棺材裡的白骨,孝順的話你的子孫或許在清明節想起你,會把你的名字記個一百年,不過你對這個世界的影響大概就只能走那麼遠了。

鯨魚死了以後,全身的養份回歸自然,百年後還能繼續滋養地球上其它的新生命。2015 年的海洋科學年度評論(Annual Reviews of Marine Science) 花了26 頁的篇幅來描述鯨魚死後才發生的奇妙變化。一起來看看。 

腐食者的自助餐廳

當鯨魚的心臟奮力推出最後一盅鮮血,大海的精靈也在那瞬間變成其它生物以搶奪的食物。碩大的身軀在藍色的大海裡緩緩落下,在一陣揚起的沙塵中選擇了未來數百年要停留的地點。生物的組織充滿了其它生物想盡辦法要得到的養份,包括蛋白質、脂肪和核酸等等營養價值高的大分子,這樣一大塊食材從天而降,在這食物完全得靠老天賞賜的海底是件不得了的大事。得到消息的動物從四面八方趕來,從最好的最大塊的肉塊下手,來得晚的就只能選人家剩下的。多毛類、螃蟹都來了。沒下巴可以咬東西的盲鰻群趕來,在屍體間穿梭,在腐爛的肉泥肉屑裡大肆搜括。這場腐肉爭奪戰在數百公尺深的寒冷海床上只能以慢動作進行著,時間可能長達數年。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當肉塊只剩肉屑,主要戰場逐漸轉移到鯨魚的白骨上。鯨魚厚重的骨頭裡裝了滿滿的脂肪,佔總重量的八九成。這些好料被封存在厚重的硬骨質裡面,才能躲過先前腐食動物大軍的搜括。現在這些養份只能從骨頭的裂縫裡慢慢被釋出,不然,就只能期待有某種生物可以像破壞金庫一樣卸除骨頭的保護了。

這時,該是食骨蠕蟲 Osedax上場的時候了。

專門啃白骨的食骨蠕蟲

食骨蠕蟲這一屬(Osedax屬)的生物,最早是 2002 年在美國加州蒙特利灣(Monterey Bay),在2800公尺深的灰鯨遺體上被找到的。這些奇怪的生物常出現在鯨魚屍體留下的骨頭上,身體像個管狀的花瓶,從白骨上向外伸出漂亮的鮮紅色構造,這是牠們的鰓。而在管狀花瓶的基部有根往下鑽進堅硬的骨頭裡,似乎正從骨頭裡擷取別人看得到拿不到的珍貴養份。當研究人員把這長相奇特的生物帶進實驗室裡解剖,卻驚訝地發現這蟲有個驚人的秘密:牠們沒有口,沒有胃、沒有肛門,這種能一點一點啃掉鯨骨的怪物居然沒有消化道!

boneworm3-worms-350
MBARI 的研究中發現鯨魚骨骼上出現的食骨蠕蟲。 照片來源: Monterty

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

食骨蠕蟲的難題

這神奇的動物沒有口,所以沒有機會靠利齒刺穿硬骨。食骨蠕蟲長出長長的根狀體深入骨頭裡,在分析牠們根狀體組織後,研究人員發現在這裡有兩種產酸的基因大量表現,顯示這個構造具有大量向外分泌酸的能力,用酸來把硬骨溶掉。硬骨質被溶開之後,夾雜在裡面的膠原蛋白和脂肪們就會被釋出,可以被動物利用了。有趣的是,我們身體裡控制骨骼改建的噬骨細胞(osteoclast),也是使用一樣的方法來溶掉不需要的骨頭。

研究人員在解剖根狀體後發現裡面竟然是裝滿共生的細菌。在海底這種不毛之地,海洋無脊椎動物和細菌間的互利共生還不算少見。最著名的例子是在海底熱泉附近的管蟲,一樣是個沒有消化道,卻在身體裡養了一堆細菌房客。管蟲用鮮紅的鰓把海底熱泉噴出來的硫化氫收集送進體內,而體內的細菌房客把硫化氫氧化取得能量,利用這些能量來固碳製造養份,供自己使用,也用來交房租養活管蟲。這些細菌房客的功能重要性,就如同是在這個海底暗黑生態系裡的藻類一般,製造出維持生態系所需要的有機養份。

Osedax_rubiplumus
食骨蠕蟲 Osedax rubiplumus. 照片出處: BMC Biology 7: 74. doi:10.1186/1741-7007-7-74

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

食骨蠕蟲的細菌房客

回到我們的食骨蠕蟲。牠們的細菌房客們也像藻類一般提供養份,有著支持生態系的光環嗎? 研究人員在 2014 年把食骨蠕蟲根狀體裡的共生細菌小心過濾出來,把基因體序列給解讀完畢。結果他們發現這些細菌是異營性生物,能吸收利用外界的氨基酸和單糖,卻不像管蟲的房客一樣具有固碳製造有機養份的能力。從基因體大小來判斷,研究人員目前認為這些細菌還保有自己在環境裡生存的能力,可能是食骨蠕蟲在小時候從環境裡招募來的房客。可是光從基因體序列來推測房客有什麼本領,我們的確還看不出來這房客對食骨蠕蟲到底有多重要,或許像我們腸道裡的細菌一樣會製造維生素,或許一些主要的代謝已經全權交給細菌處理,這些要等進一步的研究結果才會知道了。

暗黑世界裡的原核能量流轉

當食骨蠕蟲打開了鎖住養份的硬骨,外頭的細菌便快速進入寶庫,開始利用一批一批出土的養份。在先前腐肉爭奪戰中掉落出來的肉屑們散佈在周圍,成為細菌建立殖民地的理想環境。這些細菌拿了這裡的有機養份,在氧氣不足的底泥裡進行發酵產生了氫氣,第二輪細菌用了這些氫氣當能量產生了甲烷,或把用完的電子塞給海水裡的硫酸根,產生了黑色的硫化氫。第三輪的細菌接手把硫化氫當做能源來使用。這些細菌相互合作把鯨骨裡釋出的養份做了最有效率的運用,在原本應該冰冷荒涼的海底,成就了一個複雜而熱鬧的微生物世界,在鯨骨的附近可以看到大片黃色白色的細菌群體。這時,海底的動物發現了這裡長出了大片能吃的微生物,逐漸從四周逼近來收割食物。養份又重新回到動物的體內。在一輪一輪的傳球後,這些養份逐漸在繁茂的的生命現象後耗竭。

每樣東西都有它的用途

食骨蠕蟲在這場養份轉換中扮演重要角色。在小型鯨魚,或者甚至魚類或鳥類的骸骨上,由於溶開硬骨的的困難度較低,常常可以見到比較多的食骨蠕蟲在白骨上努力工作,數年內這堆白骨會逐漸從海床上消失。但是碰上大型鯨魚,溶開硬骨能得到的養份不夠用,這骨架就可能像不具開採價值的礦坑一樣遭到棄置而在往後的數十年或數百內年內都維持原樣。而海洋生物依然充份利用這項資源,像是海葵這樣的動物就可以利用這擋住水流的大骨架來當做基地,讓自己更容易從水流裡撈取有機物碎屑做為食物。2014 年一個英國團隊發表了的研究檢視了一具在倫敦附近出土的侏儸紀時代的魚龍骨骸化石,上面佈滿各種當時附著在上面的無脊椎動物,儼然像是座古早的魚礁。他們仔細檢視了化石上的化學組成,發現這些生物被擋在骨頭外面,沒能成功入侵取得裡面的大量脂肪當養份。一直到被大量泥沙覆蓋之前,這些大動物的白骨還是開放提供給各路好漢使用。

檢視自己走過的生命,一端是剛出生的小娃兒,另一端是終點死亡,心想大概自己已經比較靠近成為白骨的一端了吧。人除了把白骨放在容器裡等清明節被想起,能不能像鯨魚一樣,讓自己的能量再次成為地球的一部份呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考文獻

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
陳俊堯
108 篇文章 ・ 22 位粉絲
慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。