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第451期 2017/05/20

海裡的那檔子事

作者警語:
各位親愛的讀者,如果沒有合格的鯨、鯊、魷魚、龍蝦
或其他受過訓練的海洋專家,從旁協助,
請不要在家中嘗試書中的行為。

海洋動物怎樣辦那檔子事,攸關重大,
在洶湧波濤的海面下,隨時都在上演「生」之戲碼

海裡的那檔子事


  海洋動物怎樣辦那檔子事,攸關重大:石斑魚最愛舉辦盛大的滿月性派對;藍頭魚每天要來一百五十次快閃式性愛;滑銀漢魚的五十道陰影,比格雷的更詭異;拖鞋螺喜歡疊羅漢,打造情人摩天樓;龐大的露脊鯨憋著氣,上演3P戲碼……

  辦那檔子事也是一種裝備競賽:在海裡,尿液是強力春藥,雌龍蝦就靠這一味,降服心上人;介形蟲(種子蝦)是攜帶兩把長槍的雙槍俠;船蛸則擁有一根可分離、可發射的那話兒;而鯨的陰道盤繞彎曲得非常厲害,精子顯然需要良好的自動導航裝置……

  瑪樂.哈德特帶著幽默機智與科學家的嚴謹,向我們介紹了鹹濕又狂野的海洋動物性生活,引領我們應如何把對於性趣的好奇,轉化為讓海洋生物更加豐沛的力量。

海裡的那檔子事

  變性策略帶來繁殖利益

  在海裡,雄性與雌性的界線,遠較陸地上來得有彈性。中年來一場小小的變性,是許多種海洋動物天然史中的一個環節,從小丑魚尼莫到你桌上的鮮蝦盅裡的每隻蝦子。事實上,如果我們開始逐一點名海中的變性動物,那名單看起來將會像是一份馬賽魚湯的食譜:淡菜、蛤蜊、蝦子、以及許許多多的魚類。另外還有一些別的動物,像是海蟲及某些海星,牠們雖然沒有同意加入巧達濃湯,但是同樣在性別上展現出從善如流的本事。

  雖然很耗費能量,但是變性的能力是一個策略,可以推升一生繁殖的子女數量。原因如下:在某些情況下,某個性別的體積(或年紀)愈大,就能產下更多孩子。就人類而言,婦女繁殖力在二十幾歲達到巔峰,隨後就會走下坡。但是同樣情況不會發生在男人身上,相反的,他可以繼續勾搭年輕女子來生孩子,一直生到他五十多歲、六十多歲,甚至更老。

  現在想像一下,年輕男子,性衝動有餘,但經驗不足,不太可能獲得精明的女性的回應,因為她們只想讓最強壯、最聰明的養育者,成為她們的孩子的爹。在這些情況下,如果人們想要讓自己的子女數量達到最大化,而且如果我們能夠變性,那麼在人生起始階段先當女性,趁著自己還年輕時,與年紀較長的男子生兒育女。然後,在大約三十五歲,女性受精和懷孕能力走下坡時,你可以轉換成男性,另找漂亮美眉來做愛,抬高你的子女產出量。瞧!你不是增加了你的人類生產潛能了嗎?

  當然,這麼一來,你也必須忍受青春期的痛苦兩次。實際上人類生理太過拘謹僵化了,不會容許我們擁有這樣的性別彈性。其他哺乳動物也有同樣限制,包括象鼻海豹,牠們如果能有這種彈性策略,絕對獲益匪淺。想想看,那麼多被大塊頭的阿爾法雄象鼻海豹踢到海灘邊緣的小個子雄象鼻海豹,其實,不妨先以雌象鼻海豹的身分登場,等到長得夠大,做好戰鬥準備後,再蛻變成雄象鼻海豹。太可惜了,大部分脊椎動物都沒有這種選項。

  魚類是個例外。雖然身為脊椎動物,但是牠們和許多無脊椎動物一樣,沒有這麼多限制。對牠們來說,變性的成本只是一個小小的代價,卻能換得滿大的繁殖利益。

(本文為節錄,完整內文請見海裡的那檔子事


 海洋裡靜悄悄的世代革命:海洋中的細菌和碳循環

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

文/陳俊堯

正當地球上的人類(只有某些)為了空氣裡有太多的碳而憂心的同時,海面下有更多的碳在流轉。二氧化碳在被植物藻類菌類以光合作用轉換為有機物之後暫時從空氣中消失,這些有機物可能是屍體,可能是微生物的分泌物,被動地跟著水流和重力的拉扯而移動。在它們從海平面往地心緩緩移動的過程中,或許碰上覺得它美味的生物,會游過來啃一口帶走一些養份。但是大部份從海面落下的有機物,最終還是會再經由另外一隻生物的呼吸作用或厭氧代謝,又回到空氣裡成為我們的煩惱。有一部份的有機物在這過程中逃過生物的代謝網,沉積到海洋的深處去,把碳永遠封在又黑又冷的海底。這些海洋中有機物小顆粒的下沉過程發生了什麼事,跟地球上的碳平衡,或者誇張點說跟人類的存活,是有關聯的。

到底在這個過程中,是誰在這些在海中緩緩下沉的有機物碎片上做了什麼事呢?你當然不會想要帶個顯微鏡潛水盯著一顆小碎片做追蹤報導,事實上這樣做也看不到什麼東西。一篇研究提供了有趣的線索。首先,海洋裡的有機物碎片到底是什麼?這些有機物可能來自屍體或分泌物,如果是這樣的話那主要成份會是蛋白質跟簡單醣類,這些東西在養份不多的環境裡很快就會吃光光,有機會到處漂的,大概會是從大量節肢動物屍體來的幾丁質碎片。

要介紹的這篇研究,設定的目標就是要弄清楚幾丁質在海洋中的命運。研究人員拿了直徑為 40 微米(um, 40 um = 1/25 mm)的幾丁質顆粒來當餌球,看看海洋裡的細菌會怎麼佔領這顆小球。更精準點說,要看看細菌社會在這顆小球上發生的自然演替。

面對這個小球,細菌得先降落在上面,附著把自己黏好,住下來再說。研究人員追蹤小球上的細菌數目(以 16S rDNA 套數為估算指標),大概花了兩天菌口數就維持穩定了。在這兩天的時間內,細菌的多樣性先是在第一天快速上升,看起來一開始是個誰都能移民過來,佔地為王先搶先贏的局面。後來菌口多了,出現激烈搶奪,只留下競爭力比較強的強者物種稱霸,導致在第二天就出現多樣性快速下降的狀況。才兩天,這裡的社會已經改過朝換過代了。

那到底都是些什麼樣的細菌,出現在這些幾丁質小球上呢?

研究人員把小球上的細菌 DNA 全部收集下來,經過仔細的定序,並且解讀出這些序列分別是什麼基因,他們發現在第一天裡海水裡路過的細菌都能來坐坐,但是到了第二天細菌數量變多,最後能留下來的很多是能利用幾丁質當養份的細菌。這結果顯示,如果一個菌種能開發別人不能使用的資源,就能為自己帶來優勢及存活的機會,這一點在人的和在細菌的世界都是一樣的。這時期裡不少細菌能分泌胞外酵素分解幾丁質,而且讓附近的細菌共享分解出來的醣類,也經由大家一起製造酵素,讓細胞附近的酵素維持在高濃度來提高分解效率,達成彼此同工共享的雙贏結果。

你以為這些能利用幾丁質的細菌們從此分工共享,就過著幸福快樂的日子了嗎?不過事情並沒有這麼簡單。

研究人員發現第三天起情況發生改變。這時細菌的多樣性又開始增加,而幾丁質利用細菌的數量開始出現緩慢的下降走勢。他們發現在第三天之後出現的細菌不太會利用幾丁質,甚至連別的細菌切開幾丁質之後流出的醣類都不吃,所以這些新來的細菌是完全不能自己從幾丁質萃取到養份的。

研究人員選了兩株第三天新出現的細菌,來測試它們跟第二天出現的幾丁質分解菌配對後能不能在幾丁質上生活。他們拿新來的菌跟第二天菌株裡會共享幾丁質的菌株一起培養,發現長得很好。但是當他們拿這些菌跟第二天菌株裡不分享幾丁質的菌株一起培養時,發現這些新來的菌居然長得更好。這些新來的菌到底是吃什麼長大的呢?顯然這些新來的細菌從幾丁質分解菌手上得到了某些好東西來當養份活下來,或者它們硬是從幾丁質分解菌那裡搶奪了什麼資源來使用。雖然這個研究裡還看不出兩群細菌間互通了什麼有無,但是至少我們知道了細菌的世界沒有我們想像中的那麼簡單。

海洋裡不知道有多少顆的幾丁質球,到底走上了什麼樣的命運?從這篇研究報告裡看起來,幾丁質的分解至少不會像點蠟燭一樣,點了火就會一路燒到完。幾丁質在經過第二個時期幾丁質代謝菌的努力下,的確消化掉了一些。不過第三天起新出現的菌株卻把第二期的細菌的工作給壓制住了。如果這個群聚走到幾丁質代謝菌消失這一步後就回不去了,那碳最終可能將以幾丁質的形式在海底封存。如果這個循環可以一再啟動,那就有更多的幾丁質可以變成二氧化碳回到大氣裡。六天之後發生的事,還要等待後續的研究來提供答案。

(本文為節錄,完整內文請見 【Pansci.tw泛科學】
海洋裡靜悄悄的世代革命:海洋中的細菌和碳循環



 

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