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從科學角度看德翔貨輪擱淺與漏油,它造成什麼生態後果?要如何解決?

彭 琬馨
・2016/03/27 ・2000字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

文/彭琬馨

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漏油對海洋會造成什麼影響?圖為2010年墨西哥灣漏油事件照片。圖/flickr@kris krüg

三月十日上午九點半擱淺在石門外海的本國籍貨輪「德翔台北」,原本就破損的船身,不堪連日來的海浪衝擊,在 24 日上午應聲斷裂,船體隨時有翻覆的危險。由於近日海象惡劣,德翔擱淺至今只有六天可以出海除汙,三月十一日,空勤總隊嘗試以直升機載運技師上船檢查漏油情況,直升機卻失控墜毀,造成二死三傷的慘劇。原定四月七日完成殘油移除的計畫,進度不斷延遲。

事實上,目前德翔在擱淺時外洩的油汙還沒完全清除,船上 617 個貨櫃,其中包含甲苯、過氯酸鉀等腐蝕性清潔劑,若因船身斷裂翻覆、落入海中,恐怕會造成更大影響。環保署連日來持續召集相關部會,在現場開設應變中心希望盡快清除油汙,行政院長張善政也在 25 日到現場關心作業情況。

海不平浪不靜 擴大油汙影響範圍

長期關心海洋生態、曾任海生館館長的正修科技大學講座教授方力行接受 PanSci 採訪指出,汙油會因為種類不同、揮發速度不同,進而影響到擴散範圍。此外海象也會影響散布情況,假若海面風平浪靜,外洩汙油要擴散就沒那麼容易,而該區域油汙濃度也會比較高;但假若海況不佳,「風浪大(油汙)就很難控制在有限範圍」,強烈的海浪與風速都會擴大油汙分布區域。

不只油汙本身有危險,船上的化學物質甲苯、過氯酸鉀一旦外洩「毒性本身比油強多了」,了解化工的台大環工研究所教授駱尚廉說,應該盡快把貨櫃卸下來。

海洋被汙油覆蓋 影響當地生態

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燃油流入海洋時,會漂浮在海面形成油膜,降低光的通透性。圖/John

方力行解釋,一般來說,外洩的燃油大多是混合性有機碳氫化合物,它特性是分子量大、黏度高。第一時間燃油流入海洋時,會漂浮在海面形成油膜,降低光的通透性、影響海洋進行海空物質交換、降低海洋產氧量,間接造成海洋生物窒息死亡。此外,海上風浪將油膜吹到岸邊,「礁石、各種蝦蟹、附著生物,都可能因此染上重油」,曾協助國內處理多起油汙外洩的方力行直言,一旦海洋生物、海鳥碰到這些物質,體表保暖呼吸等功能就會因此喪失。

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海鳥全身沾滿漂流在海上的油汙。圖為2007年在黑海與亞速海之間的克赤海峽,發生船隻漏油事件,由Igor GOLUBENKOV 拍攝上傳至flickr@Marine Photobank的照片。

 

油汙外洩其實沒「那麼」可怕 ?

民眾多認為油汙外洩會對海洋造成巨大威脅,不過長期研究海洋生物的海洋大學海洋生物研究所教授程一駿提出不同看法,他對 PanSci 表示,石油大多是碳氫化合物的組合,經過風浪、光解,兩三個禮拜後,就會被浮游生物分解消化,當然,這並不是說如果油汙外洩都不用處理,而是在有妥善處理的前提下,大自然有能力慢慢消化這類碳氫化合物。

台大環工研究所教授駱尚廉也持類似看法,相較於其他毒性化合物,他認為柴油燃料油這類物質「其實沒這麼毒,只是當下場面看起來很可怕」,時間久了大自然微生物還是會慢慢適應,先前幾次油汙外漏之後,當地甚至出現藻類等基礎油物質增加、連帶魚類也增加的情況。

黑黑的汙油 如何清除才不會造成海洋二次傷害?

這次外漏的油,比重大多比水輕,溶解度不高,經過一段時間,會和海中的浮游生物產生生物化學反應,以一種特殊的顆粒慢慢沉入海底。目前除油方式可分為物理和化學兩種,物理就是透過打撈清除大塊油塊、或是設置攔油索讓油汙別再繼續擴散。

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攔油索。圖/wikipedia

早年有些國家會使用分散劑(又稱除油劑)去除油污,它是一種表面活化劑,以皂化、乳化方式包圍油質後,將浮油分散成體積較小的油滴。用這種方式去除「油汙還是存在,只是分散到肉眼看不見的程度,看不見未必是好事」,提到除油劑方力行連連搖頭。駱尚廉也說,應該盡量使用物理方法清除,因為除油劑灑到海面上,「可能不只是把油汙清除,就連生物身上的油質也可能被分解」。

許多人應該還記得,過去台灣也經歷嚴重的漏油事件,其中一次發生在 2001 年一月,希臘籍阿瑪斯號貨輪在墾丁擱淺,到油汙完全清除之前,總計投入將近三萬五千人次進行搶救,清除超過五百公噸的汙油。由於受汙染地段恰好是重要的龍坑生態保護園區,這個事件耗費數年時間才讓當地生態逐漸恢復。參與多次除油事件的方力行感慨,「漏油事件一定會對海洋造成負擔」。如果沒辦法從事件中學到教訓,台灣珍貴美麗的海洋資源就得一次次遭殃。


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彭 琬馨
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一路都念一類組,沒什麼理科頭腦,但喜歡問為什麼,喜歡默默觀察人,對生活中的事物窮追不捨。相信只要努力就會變好,相信科學是為了人而存在。 在這個記者被大多數人看不起的年代,努力做個對得起自己的記者。


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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

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・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。


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