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【極光片語】頂尖團隊的社會責任—科學家該如何提問?

雷漢欣
・2015/04/08 ・3277字 ・閱讀時間約 6 分鐘

一講到不同領域的結合,大部份人直覺想到的是自然學科裡的「生物尬電機、迸出新滋味」或是人文學科裡的「文史哲一家親」,會想到文科與理科整合的人可能就不多了,其實在上一集【極光片語】中,日本AIST以機器人科技滿足人性中陪伴的需求,就是個好例子。「人們常以為科學不會考慮到社會問題,只是一股腦兒的往科學前沿衝刺;其實科學對社會有很大的影響,至於科學家要怎麼讓民眾對科學研究有感?癥結在於研究方法和提出問題的形式。」李世光老師說。

李老師擔任國科會工程處處長時,曾率團去澳洲最高國家級研究機構CSIRO和研發出金黃色奇異果的HortResearch(注1)取經,學習這兩個科學研究單位如何關懷社會問題,並提出科學的解決之道。「他們的目標很有意思,叫做『Impact local immediately, influence global fundamentally』(即刻的在地衝擊性,根本的全球影響力)。」李老師說。

科學家發明的藥物讓綿羊長出脆弱的毛髮,綿羊穿上特製網衣後,工人就可以剝下一件完整的羊毛大衣。照片來源:李世光。
科學家發明的藥物讓綿羊長出脆弱的毛髮,綿羊穿上特製網衣後,工人就可以剝下一件完整的羊毛大衣。照片來源:李世光。

免動刀的綿羊脫衣秀

澳洲是全世界最大的羊毛出口國,羊毛不僅為澳洲帶來貿易的獲利,綿羊的脫衣秀也是觀光客必訪的行程,然而彎著腰用電動剃刀為綿羊脫毛衣並不是件輕鬆的差事,羊毛工人平均在42歲時會有脊椎側彎的問題,年輕人對這項工作也興趣缺缺,眼看著產業即將發生世代斷層的危機,澳洲人該如何面對呢?大量引進外籍勞工、開放更多打工度假的名額,似乎都不是長久之計;面對這題快問快答,科學家的答案:「讓羊毛自己掉落吧!」

澳洲CSIRO的科學家研發一種會使髮質變差的藥劑,注入綿羊體內後,只要等待幾週讓綿羊長出一小段易斷裂的毛髮,農場主人就可以像扒香蕉皮一樣,幫綿羊脫去整件毛衣。想像這個畫面或許有點獵奇,其實綿羊斷毛的原理跟警察驗毒一樣,我們的每根毛髮都是一本日記,記錄著每天的飲食、用藥,營養不良時會導致出枯黃的頭髮,代謝後的藥物卡在毛髮裡也無所遁形。科學家發明的「生物剃毛術」,有助於減少人工剃毛所需的勞力,避免可能發生的勞力短缺,直接、立即地解決在地的產業問題。

淡褐蘋果蛾在澳洲、紐西蘭、美國等地都會造成農作物的損害。照片來源:維基百科
淡褐蘋果蛾在澳洲、紐西蘭、美國等地都會造成農作物的損害。照片來源:維基百科

擊敗那萬惡的澳洲飛蛾

在澳洲的東南方,那個舉世聞名的奇異果王國紐西蘭也面臨了一個挑戰:自從淡褐蘋果蛾(Epiphyas postvittana)從澳洲風塵僕僕的飛越塔斯曼海抵達對岸,紐西蘭的作物幾乎無一倖免的被洗劫一輪,對這個農業大國造成不小的影響,「所以他們說這是萬惡的澳洲飛蛾。(笑)」李老師說,「為了解決這個問題,HortResearch的科學家做了非常精彩的研究!」

面對病蟲害,噴灑農藥是行之有年的作法,後來人們考量到生態浩劫的風險,發明各種對環境較為友善的生物防治法,例如以藥劑或放射線讓雄蟲不孕,絕子絕孫以減少族群後裔、釋放費洛蒙干擾雄蟲求偶等等。「通常研究做到這步驟已經很讓人開心了,HortResearch的科學家卻繼續做了很有意思的事。」李老師說。昆蟲嗅覺研究群的科學家認為,昆蟲的嗅覺會影響覓食和交配,因此他們從淡褐蘋果蛾偵測費洛蒙等揮發性物質的觸鬚開始研究,找到分子進入觸鬚的路徑,再分析這些蛋白質受器的結構與功能,藉由蛋白質體學追溯到控制此嗅覺機制的基因後,再以基因剔除的技術證明了此基因的影響。

從器官到生化反應路徑,從蛋白質到基因,如此打破沙鍋問到底的昆蟲嗅覺研究,不僅有潛力產生出新的蛾類或害蟲控制法,還有機會讓工程領域的研究者開發出創新的嗅覺感應子,「台灣的電子技術加上紐西蘭的生化研究,可以共同開發電子鼻,應用在食品新鮮度測試、有毒氣體偵測、香水開發等無限多種領域。」李老師興奮地說,「當我們把科學和社會問題結合,就會有全新的思路,跨領域的整合就可以衍生出無限多種新的技術和產業!」從應用導向研究所延伸出的基礎研究不僅扎實,對世界產生的影響力也很強大。

HotResearch消費者體驗研究室旁邊的食品準備室,研究人員在此製備食物樣品,經由照片左邊的窗口遞給受試者試吃。照片來源:李世光。
HotResearch的消費者體驗研究室旁邊連接食品準備室,研究人員在此製備食物樣品,經由照片左邊的窗口遞給受試者試吃。照片來源:李世光。

係金A!奇異果的真功夫

除了研究萬惡的澳洲飛蛾,綠色和金色奇異果也是HortResearch最負盛名的成果,這些由世界各地的奇異果所育成出的新品種,不僅受到全世界的喜愛,更讓紐西蘭的農業出口成長近十倍,研究單位開發的新品種經由全國各地的小農各自生產,再由所有農戶共同擁有的公司統一行銷,這種產銷系統需要非常完善的採摘後管理,因此,紐西蘭奇異果背後的功臣除了育種、生產、生態保護和植物病蟲害控制等農業基本成員之外,更加入了強大的保存加工技術和市場研究等新角色。

為了讓奇異果的外銷更成功,FortResearch很謹慎的研究各地消費者的喜好,包括氣味、顏色、口感等等,他們為此建造一間品評室,請不同族裔的人於此試吃各種不同的奇異果。為了減少操作人員造成的變因,受試者必須獨自坐在面牆的桌子前,牆上有一個像是購票亭的小窗口,窗口的對面是食物準備室,研究員經由窗口遞食物給受試者;為了測試顏色對食品喜好程度的影響,品評室也可以改變燈光的顏色:白光、紅光或全暗等等;為了標準化難以計算的喜好度,受試者不是像選秀節目評審一樣打出分數,而是拿著一把尺,在試吃完奇異果後,用手決定得分應該落在尺的左邊(不喜歡)或右邊(喜歡),手指捏著的刻度就是量化過的喜好度。這些嚴謹的研究讓李老師感到驚艷,他說:「這些科技化、量化的測試,背後的研究室和研究方法,比我想像的公正很多。」

來自東南亞國家的移工,會在台北火車站到中山北路三段一代聚會。
來自東南亞國家的移工,會在台北火車站到中山北路三段一帶聚會。照片來源:Lennon Ying-Dah Wong via Flickr

即刻的在地衝擊性,根本的全球影響力

有些科學家用科學方法解決社會問題,另一些科學家則將特殊的社會現象化作研究的助力。中研院的南島文化研究所曾經結合台大等單位的研究人員提出一項關於南島語族的跨領域研究計畫,向科技部申請了600萬的經費,負責審核的長官非常支持這個計畫,但他對預算感到疑惑:「600萬的經費怎麼夠呢?光是研究人員前往菲律賓、印尼、紐西蘭採血、訪談的交通費就不夠了吧?」計畫主持人如此回應:「不需要出國,我們每個週末去中山北路就可以了!」台灣有許多來自東南亞國家的外籍移工,離鄉背井、工作辛勞的他們趁著週末假日的難得空閑,在台北火車站到中山北路一帶與同鄉聚會,中研院提出的這項計畫即充分運用了台灣人口組成的優勢,降低研究的門檻。

無論是澳洲的綿羊、紐西蘭的淡褐蘋果蛾和奇異果,還是台灣的南島語族研究,都是以提升人民的福祉為核心目的,並且與當地社會緊緊相扣,「一流的研究團隊必有社會責任,只有從社會問題出發的科學研究,才能達到『Impact local immediately, influence global fundamentally(即刻的在地衝擊性,根本的全球影響力)』。」李老師說。

科學家能以科技實踐天馬行空的想像,為社會中的種種問題找出解答,但自然科學對人類社會的影響力,應該沒有比「網路」更廣大的了。虛擬的網路連結了實體的社會,物品、製造業、城市的數位化產生了現在當紅的物聯網、自造者、雲端等新名詞,生活及產業皆因為數位科技有了劇烈的變化,身在網路此山中的我們,看得清虛實整合世界的真面目嗎?預知詳情,請待下回揭曉~

注1:HortResearch 於2008年與Crop and Food Research合併為Plant and Food Research。

【極光片語】專欄收錄李世光老師的訪談,每一段小故事、小物件的背後,都有饒富趣味的科學道理。吉光片羽比喻殘存的珍貴文物,象徵李世光老師在科學研發的高昂志氣和人生智慧;傳說見到極光會帶給人一輩子的好運,期待讀者在本專欄得到的啟發,都能像看見極光般感動。

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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

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
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