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石鱉說:「那天你走在潮間帶,我一直偷偷地注視著你」

曾 文宣
・2015/11/23 ・1949字 ・閱讀時間約 4 分鐘

大夥兒看到這張圖會想到甚麼呢?如果你有那麼一點密集恐懼症,你可能正要關掉這個分頁(先等等呀~)如果你是一位火影忍者的熱血讀者,你一定會想到志村團藏右手那一排有點噁心的血輪眼銀行,用來發動無數次的伊邪那歧。如果你是一位軟體動物愛好者、或是一位盯著電腦的科宅,你應該會和我一樣想到「石鱉」,一種跟烏龜一點關係都沒有的動物XD。這一兩天石鱉出現在各大外電報導上,科學家揭露牠們的殼上長滿了一顆顆的眼睛(好可愛!)。

giphy
Source: Giphy

石鱉(chiton)這種多數住在潮間帶的不起眼生物,乍看之下就是某個身上長殼、分成八塊的扁石子,你可能會以為牠是某種甲殼綱一節一節的有殼動物,但其實牠們來自於軟體動物門的多板綱(Polyplacophora),也就是說最外層的背殼是由外套膜(mantle)特化而來,就像蝸牛的殼一 樣。那牠們和志村團藏有甚麼關係呢?一樣長得醜?

原來石鱉的背殼上有著無數個微小的開口,剖開一看,你會發現裡頭有著相當複雜的通道網路,並且作為感官系統的一部分。這些散布在背殼上的通道有個專有的名字,稱作微眼(aesthetes)。微眼的功能有很多,其中最主要的功能恰如其名,它們能吸收光線、反應外界光線強弱的刺激。部分石鱉物種,這些微眼的構造特別高端,表面還具有似水晶體(lens)的聚光性晶體結構。如此一來,牠們似乎已然具備了眼睛該有的功能(吸光、感光、聚光…等等)。

本篇研究的實驗對象,西印度石鱉(Acanthopleura granulata)。紅色箭頭指的就是具有眼睛構造的背殼區域。Photo from Li et al. 2015

三天前(11/20)刊登在《Science》的研究解答了西印度石鱉(Acanthopleura granulata)的水晶體眼睛究竟能不能成像?牠們又如何在「以眼視物」和「以殼禦敵」之間拿捏取捨呢?近年來,科學家發現不少自然界生物的外型構造有多重功能,像是陽隧足的骨骼可以感光、海綿的骨針具人造光纖特質、帽貝的殼具晶體結構色等。於是,這類生物在裝備的物質層級上得有一些權衡之策,調整同個構造、不同功能的能量投資(阿就是「有一好就沒兩好」啦!)石鱉似乎在這方面表現的不錯,很有效地一殼二用,是能量投資的高手來著,牠是怎麼辦到的?

首先,不同於大部分動物的水晶體由蛋白質所組成,石鱉的水晶體是霰石(Aragonite,一種碳酸鈣的多型體)特殊構型的結晶。霰石從哪來?其實牠們背殼上的堅硬構造就由霰石組成,所以信手拈來來做眼睛再合適不過了(陽隧腕足上骨板的水晶體結構也是如此,只是牠們是另一種晶格排列的碳酸鈣–方解石組成)。再來,更厲害的是,這篇研究發現石鱉好似學過幾何學和結晶學一樣,能將特定位置的霰石結晶變得硬梆梆成為名副其實的鎧甲,另外幾些位置的霰石結晶能夠變成水晶體,藉此看到周遭。

B圖是光學顯微鏡放大圖,C圖是掃描式電子顯微鏡圖。Photo from Li et al. 2015_Fig. 1

上面這張圖就是這種石鱉背殼上會有個三種突起的構造,體積最大、突起最高的是沒有感光性的堅硬鎧甲部分(圖中Non-sensory solid protrusions)、左圖黑色的部分是具水晶體的突起,作為眼睛使用(圖中Eyes)、比較小顆的突起其上有小孔(右圖)稱作巨微眼(Megalaesthetes)。後兩者都具有感光的功能,唯一的差別在前者有水晶體(非所有石鱉都有),後者沒有水晶體但可吸收光線(所有石鱉都有)。文獻中有提到這兩種用來偵測外界的突起,都座落在如群山般堅硬鎧甲突起的山谷中,藉此保護這樣精細、脆弱的感官。接著,研究人員比較了「鎧甲用」和「水晶體用」的晶體排列,發現前者的晶體較小、排列較不規則,方向也不一;後者則是晶體較大、排成一列、方向一致,能夠讓更多的光通過,並有效減少光線散射回去的比例,完全就是當眼睛的料。

最後,作者們模擬並量測石鱉單一水晶體的成像力和單一眼睛的解像力後,發現牠們的視力可不差呢!一條20公分的魚(可能是掠食者的體型)石鱉最遠就能在2公尺外就能發現,清楚嗎?來看一下這張圖吧!左邊是掠食者的圖像,中間則是在水裡頭透過石鱉的水晶體得到的成像,最後一顆眼睛能「看到」的樣子如右圖,受限於光受體的間隔,讓解析度下降了些。但對這群渾身長眼的石鱉來說,有了這項能守能偵察的背殼,絕對比起那些沒有水晶體的石鱉們更有機會躲避掠食者,繼續活躍在潮汐更迭的海海人生之中!

來看看石鱉眼中的魚吧。Photo from Li et al. 2015 _Fig. 3

參考資訊:

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曾 文宣
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我是甩啊!畢業於臺灣師範大學生科系生態演化組|寫稿、審稿、審書被編輯們追殺是日常,經常到各學校或有關單位演講,寒暑假會客串帶小朋友到博物館學暴龍吼叫。癡迷鱷魚,守備領域從恐龍到哺乳動物,從陰莖到動物視覺,因此貴為「視覺系男孩」、或被稱呼「老二大大」。

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更人道及環保的肉類來源?——淺談「實驗室裡養的鮭魚片」

九姨_96
・2021/09/25 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘

那是個典型的炎熱的加州夏日,我剛剛從阿拉斯加釣鮭魚回來。這次的釣魚之行跟之前比不算成功,我的嚮導說,外海的商業漁船過度捕撈及氣候的變化,現在越來越少鮭魚回到河裡,他們擔心未來的魚只會越來越少。非常應景的,我一回來就訪談了一家在舊金山叫 Wildtype 的生物新創公司,他們成功在實驗室生產出鮭魚片。

這個公司是由心臟科醫師/細胞生物學家 Aryé Elfenbein 及耶魯商學院的 Justin Kolbeck 共同創立的。之所以成立這個公司,原因是 Aryé 在醫學領域見識到了,細胞全能性所帶來的可能,也看到了目前海洋及河川污然及過度捕撈的現況。而 Justin 則是因為在阿富汗的經歷,親身體驗過 food insecurity 這件事情有多麽嚴重,進而思考是否有辦法讓資源匱乏的地區也能夠獲得新鮮的食物。

在這樣的前提之下,讓他們重新思考,是否人類真的需要透過動物才能獲取肉?於是,他們在 2019 年一同成立了 Wildtype 這間公司,希望在這海洋、河川資源逐漸匱乏、到處都是塑膠微粒、重金屬的環境下,可以提供一個更永續、更安全、更人道的方式來獲取肉。

而當他們決定這個目標後,他們開始思考要往哪個方向去做,而最後選擇鮭魚主要有三個考量:第一,鮭魚是世界第二大的消費魚種,若能生產鮭魚,對於減少濫捕的會有顯著助益;第二,身為心臟科醫師的 Aryé 認為若要生產商品,也希望將世界帶到比較健康的方向去。富含 Omega-3 的鮭魚,將對大眾的健康更有助益;第三,鮭魚目前市場價格約在每磅 8 美元,比起每磅 1 美元的雞肉,鮭魚的市場價格能提供他們更多的研發空間。

Justin Kolbeck 與 Aryé Elfenbein。圖/作者提供

用「啤酒槽」養出鮭魚細胞?

美國人吃鮭魚,其實只有魚側面的兩塊菲力,其他的部分包括魚頭及內臟,大約有五成的魚體都會在處理後丟棄。於是 Aryé 與 Justin 思考,是否可以生產需要的部位就好?

答案是肯定的,而且其實製作起來更可行,生產魚片還是比生產魚頭來的單純很多。

實驗室鮭魚有兩個主要步驟,第一步在生物反應器(bioreactor)放大細胞數量。就像啤酒發酵槽,在生物反應器裡面放入細胞生長所需的最佳營養,並透過不間斷的打氣循環,讓細胞在裡面懸浮生長。

這個過程,細胞數量通常呈指數性的生長,短短幾週可以生長到萬倍之多。不過有一點要非常注意,整個細胞培養的過程必須是無菌狀態。如若不然,即使只是一個細菌、一顆黴菌孢子,在這麽營養的生長環境之下,也會跟著目標細胞一起被放大數萬倍。

像啤酒發酵槽的「生物反應器」。圖/Wildtype

第二步是讓細胞在支架裡生長。這裡他們利用植物纖維製作出支架,將細胞循軌跡生長,進而成為漂亮的魚片。不過我很好奇,那個鮭魚肉典型的白色紋理是怎麼做到的?Aryé 說那是脂肪細胞。

簡單來說,在生物反應器生長的這群細胞,就像是幹細胞一樣,尚未分化成不同功能的細胞[註1]。他們發現,透過改變支架的軟硬程度,及調整培養基的成分,可以誘導尚未分化的鮭魚細胞,分化成肌肉細胞或脂肪細胞,進而產生橘白相間的鮭魚肉。

培養出的魚肉品質如何?味道好嗎?

由於這個產品從收穫到包裝幾乎沒有時間差,我很好奇這個魚肉到底味道如何?一般市場買到的魚,即使處理得非常快速,還是跟現釣的相去甚遠,魚腮、黏液、內臟、血液,都會帶有腥味。Aryé 笑著說,沒錯啊就像現釣。

現在人其實非常少能接觸到極新鮮的魚,所以大家習慣的魚其實都是有點魚味的。所以他們在試吃的過程,很多人的反應都是他們的魚肉沒有味道,因此後來他們還特別去研究,增加一點空氣接觸,讓肉熟成一下,產生魚味。

關於保存期限,Aryé 表示,由於魚肉是在無菌狀態下生產的,所以非常非常耐放。他們目前還沒有做過完整的儲藏性實驗,但合作的廚師把他們的魚肉(未拆封狀態)放在冰箱一個月之後,吃起來還是超級新鮮。

甚至放置在室溫之下,目前的結果顯示幾天之內都不會腐敗。雖然仍需要更進一步的實驗,但如果結果屬實,短期運輸就能不需要冷鏈,除了降低運輸成本,也可以運送到冷鏈不發達的地區。

用鮭魚細胞培養的鮭魚片。圖/Wildtype

根據一篇 2019 年的訪問[註3],因為結構的問題,這個魚肉產品煮完會散掉,因此只能生食,在我看來這樣可能會降低消費者的購買興趣。Aryé 表示這點已經克服,只需要多培養一些時間,讓細胞間的結構比較扎實,就可以正常烹煮了。所以他們的產品現在可以做各種烹調法,不再局限於生食而已。同時,他們也正在規劃試吃間(tasting room),之後有進一步消息會再行公告。

潛在的吃素市場

我在進行這個訪問之前,先在我的個人臉書做了市調,結果反應最熱烈的是吃素的朋友。除了天生吃肉會過敏、一輩子要吃素的族群以外,很多人吃素是因為抱持著不殺生、不剝削動物、環境保護的原則。

雖然還有一些道德性的思考需要去界定到底吃鮭魚細胞算不算殺生,但普遍吃素的朋友都會願意去嘗試這樣的商品,並非常期待這樣的商品能夠趕快出現在市場上。

目前 Wildtype 的鮭魚,仍在小量生產的試驗階段,所以價格還是很高。目前做一盤六片的鮭魚握壽司,要價 50-100 美金。但他們很有信心,在持續的研發跟改良之後,他們最終希望售價可以降到一磅 10 美金左右,讓消費者可以在 Trader Joe’s(美國的平價超市)之類的商店輕鬆購買。

人造鮭魚還算是「魚」嗎?

目前 Wildtype 尚未拿到 FDA 核准上市的認證,因為這是一個非常嶄新的產品,法規和食品標準都尚未成形。但 Aryé 透露目前的溝通都算順利,他們被要求提供的資料及數據都算合情合理。

我繼續問,那這樣的商品可以被標示為鮭魚嗎?他說這個問題也在討論之中,但應該不會直接就寫鮭魚肉,畢竟和傳統捕撈的鮭魚不同,而且他們也希望告訴消費者這是鮭魚細胞製作而成,並不是源自於傳統的鮭魚。

但根據耶魯消費者中心的市調[註3],由於這個概念太新了,無論是「實驗室鮭魚」、「人造鮭魚」、「人工培養鮭魚」等等,目前並沒有一個名詞可以讓消費者馬上理解。

所以 Aryé 覺得最後可能會像 Impossible burger 那樣,在商品名稱下直接加一個描述句「使用植物製成的漢堡」。而他們公司希望可以在商品名稱 Wildtype salmon 之下,標註「本產品使用鮭魚細胞並在食物加工場域製作」。

最後,他也補充一個很有趣的點:根據他們內部的市調,成人消費者對於這個新概念很難理解,但五歲小孩們卻都能馬上領會。可見以人工培養鮭魚細胞對於下個世代而言是很自然的事。

文獻資料

  1. Wild Type’s Cell-Based Salmon Costs $200, But Not For Long
  2. Allan, S. J., De Bank, P. A., & Ellis, M. J. (2019). Bioprocess design considerations for cultured meat production with a focus on the expansion bioreactor. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3. 44-44.
  3. Labeling the future: ______ salmon

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九姨_96
21 篇文章 ・ 524 位粉絲
九姨(Joy),留美園藝博士,副修食品。 現為加州最大草莓苗圃公司研究員。 閒暇時後喜歡做菜和寫文章,並刊載於個人粉專 Joy’s wild garden。
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