2013年2月27日 星期三

藍綠藻藻華(Cyanobacteria Bloom) 2-28-2013

 
 藍綠藻藻華(Cyanobacteria Bloom)  2-28-2013

    201322日法新社報導:地處於南美洲的內陸國家─巴拉圭(Paraguay)當地的觀光勝地伊帕卡萊湖(Ypacarai Lake)於大約五個月前,因為藍綠藻(Cyanobacteria)的大量繁殖,專家們稱之為藻華(bloom),意思是說藍綠藻數目快速而大量的增加,結果汙染了湖水,導致魚蝦水產大量的死亡。


1. 佔地35平方英里,原本風光明媚,湖水清澈的巴拉圭伊帕卡萊湖(Ypacarai Lake)


 


2. 現在因為藍綠藻的嚴重汙染,導致魚蝦水產的死亡。甚至當地居民都必須戴上口罩來阻隔湖水傳來的惡臭。



3. 濃綠得如染料的巴拉圭伊帕卡萊湖(Ypacarai Lake)湖水。


   

    網友們可能會好奇,為什麼會這樣呢?

    首先我們要有個觀念,藍綠藻(blue-green algae)當初是一個錯誤的命名,其實它不是「藻」,而是和細菌一樣,屬於沒有細胞核的原核生物(prokaryote),所以又稱為藍綠菌(Cyanobacteria)。既然和細菌相似,特性也就和細菌相同:

1. 細胞體積非常小,肉眼決不可見。

2. 繁殖速度快,和細菌一樣可以行二分裂繁殖(binary fission)

跟大部份細菌不一樣的是:藍綠藻可以進行光合作用(Photosynthesis),而且藍綠藻不止能行光合作用,因為它已演化成兩個光合作用系統(PhotosystemsPSI & PSII)所以進行的光合作用是能夠產生氧氣的光合作用(Oxygenic photosynthesis)

    當藍綠藻發生藻華的時候,藍綠藻幾乎可以無止境的二分裂下去,結果好像在水面鋪了一層厚厚綠色的地毯(mat),有時厚到連光線都無法穿透,結果位於下層的藍綠藻,因得不到光線而無法光合作用死亡,死亡後釋出毒素,這塊水域的其他動植物也都無法存活,專家稱這樣的水域叫Dead Zone

    藍綠藻形成藻華的新聞,時有所聞:例如200911月中美洲瓜地馬拉(Guatemala)Lake Atitlán也發生藍綠藻的藻華,情況嚴重到美國太空總署(NASA)的人造衛星都清楚可以拍攝到(4.)


4. 200911月中美洲瓜地馬拉(Guatemala)Lake Atitlán藍綠藻藻華,於太空中清晰可見。


    可能網友會想巴拉圭(Paraguay)在南美洲;瓜地馬拉(Guatemala) 在中美洲,都隔著一萬多公里遠的太平洋,似乎跟台灣沒甚麼關係吧?可怕的就在於,藍綠藻任何水域它都存在,它甚麼時候要發生藻華(bloom)?跟水中氮磷含量、陽光強度、水溫高低…複雜到可能連專家都說不上來。

    專家常會說是因為附近居民亂倒垃圾或隨意排放未經處理的汙水至湖水中→水域優養化導致藍綠藻的大量繁殖。


5. 湖水優養化的原因。


    網友們試想如果圖2.~圖4.的情形發生於風光旖妮的日月潭,或是濃妝淡抹總相宜的西湖,那會是多麼煞風景的一件事!更有甚者如何清除?能不能清除?可能都會學者專家們想破腦袋了!

    最近蠻常看到「大自然的反撲」這樣的術語,現代人真的該學學古人,與大自然和平相處,崇敬大自然,為了自己,更為了我們的下一代!

 

 

2013年2月16日 星期六

迷人的生物多樣性(Biodiversity)2-16-2013年初七

 

 

迷人的生物多樣性(Biodiversity)

2-16-2013年初七

    自從威爾森博士(Edward Osborne Wilson)這位世界知名的蟻類學(myrmecology)大師於1963年提出生物多樣性(Biodiversity)這個名詞,威爾森博士並於1967年著專書詳細介紹「生物多樣性」之後,至今不論男女老幼對這個名詞幾乎都能朗朗上口。


0. 許多物種的生存在一個星球上唇齒相依,共同只有一個未來。

Alan Peckolick combined his work as an active member of MEDASSET with his award-winning design talent to create and offer a striking poster with a biodiversity theme for WED(World Environment Day)2010.


 

    威爾森博士近年來更大力提倡維持生物多樣性的重要性,強調保育生物多樣性「要走出過去狹義的有形物種保育,應擴大時空尺度,從長期地保育生態系著手」,因而威爾森博士被尊稱為「生物多樣性之父」。


1. 生物多樣性之父─愛德華威爾森博士。


    但是到底甚麼是生物多樣性?它又有甚麼重要性呢?

最近從BBC.Secrets.of.our.Living.Planet.1of4.The.Emerald.Band影集上看到一個精彩的實例,嘗試著說明如下:

1. 地點:亞馬遜熱帶雨林(Amazonian rainforest)

2. 相關動物:刺鼠(Agouti)、長舌花蜂(又名蘭花蜜蜂)

   Euglossine

3. 相關植物:巴西堅果樹(Brazil Nut Tree) 學名Bertholletia

   Excelsa以及附生於巴西堅果樹上的蘭花。

一、刺鼠(Agouti)的角色:巴西堅果樹種子的散播者。

    刺鼠(Agouti)是亞馬遜密林中唯一一種能鑿開巴西堅果樹堅硬果皮的囓齒類動物(rodent),所以也成為唯一一種能在雨季幫巴西堅果樹散播種子的哺乳類動物。也就是說巴西堅果樹族群的生存以及在雨林中的散播完全依賴著刺鼠,生態學上稱之為種系的特殊依賴性(species specific dependency)


2. 尾巴很短的黑刺鼠,卻有著強有力的嚼肌和鑿子般銳利的門齒。(The Black Agouti, Dasyprocta fuliginosa), is a South American agouti species from the Dasyproctidae family. It is found in Venezuela, Colombia and Brazil.



3. 刺鼠(Agouti)正準備開掉落在地上的巴西堅果樹果實。

    刺鼠以牠銳利如鑿子(chisel)般的門牙,將巴西堅果樹的堅硬果皮開,吃掉一小部份富含營養的種子,而將大部份種子搬運至離母樹有數百公尺遠處埋藏。刺鼠小心翼翼地搬運每個巴西堅果樹的種子並埋藏在各個不同的地方,牠甚至細心得將埋藏處的每片附蓋的葉子,都盡量放回成原來的樣子


4. 巴西堅果樹(Brazil Nut Tree)的種子。

對於刺鼠而言,這是個儲藏冬天糧食的理想方法。而巧合的是,對於巴西堅果樹而言,這也是一種散播種子,讓每個種子在不同地方發芽的理想方式。

巴西堅果樹雖然是植物,卻能設法讓刺鼠像一個好園丁那樣來幫牠散播、照料自己的種子。各位網友看到此,是否已經感覺到演化的神奇以及物種間的唇齒相依!這裡還想強調一點,對刺鼠本身而言,牠其實自己並不瞭解,這樣的行為對巴西堅果樹有多麼的重要!


5. 巴西堅果樹的果實,從開花到果實成熟需時15個月,然後剛好於雨季時成熟被豪雨打落地面,刺鼠則趁著雨季幫巴西堅果樹播種。


二、長舌花蜂(蘭花蜜蜂)的角色:

1. 附生於巴西堅果樹上的蘭花,依賴雄性長舌花蜂(蘭花蜜蜂)幫忙傳粉(pollination)

    大多數蜜蜂在花朵上找尋花蜜,雄性長舌花蜂(蘭花蜜蜂)卻是尋覓蘭花的香料,牠們將腿部的性梳在蘭花花瓣上摩擦,以收集一種蠟質香料,這一過程同時也為蘭花傳粉。

    對於雄性蘭花蜜蜂來說,採集這種香料事關重大,牠甚至為此在森林裡飛行數公里來尋覓香料。收集香料的原因在於,雄蜂靠這種香料與同類競爭,牠們身上有一種香味散發器能散放香味,擁有最佳香味的雄蜂,才能獲得與雌蜂交配的機會。

    所以雄性蘭花蜜蜂的角色我們也很清楚了─幫助附生於巴西堅果樹上的蘭花傳粉(pollination),同時爭取與雌性蘭花蜜蜂繁衍後代的機會

    但是這一切與巴西堅果樹和刺鼠又有什麼關係呢?請記得只有雄性蘭花蜜蜂才會給蘭花授粉,為了減少兩性之間的競爭,雄性和雌性蘭花蜜蜂已經演化成了不同的生態地位(different niches),也就是各有不同的生態角色。這是發生在熱帶雨林裡的一個生物多樣性的實例:

雄性蘭花蜜蜂─幫助附生於巴西堅果樹上的蘭花傳粉(pollination)
雌性蘭花蜜蜂─幫助巴西堅果樹傳粉。

2. 雌性長舌花蜂(蘭花蜜蜂)幫忙巴西堅果樹傳粉(pollination)

  巴西堅果樹,每年盛開一次白色的大花朵,花的香味吸引了森林各式各樣的昆蟲,其中包括體型較雄蜂更大一些的雌性蘭花蜜蜂。為何雌蜂體型要比雄性蘭花蜜蜂更大更健壯呢?因為巴西堅果樹的花蜜是隱藏在一個雄蕊(stamen)特化的圓形構造下方,必須健壯如雌性蘭花蜜蜂的昆蟲,才能有足夠的力量掀開此特化的圓形構造以獲取花蜜(6.)


6. 健壯的雌性蘭花蜜蜂,才能掀開如圓形蓋子的特化雄蕊,在獲得花蜜(nector)的同時也幫巴西堅果樹傳粉。

但是如果是體型嬌小的蜜蜂,就沒有足夠的力量掀開特化雄蕊取得花蜜了(7.)


7. 體型嬌小的蜜蜂沒有足夠的力量掀開圓形構造取得花蜜。

    這種選擇昆蟲傳粉是巴西堅果樹的一種策略,用以確保只有雌性蘭花蜜蜂,才會去另一棵巴西堅果樹的花朵採花蜜並進行傳粉,這種存在於雌性蘭花蜜蜂和巴西堅果樹之間的關係,是巴西堅果樹主要生存於亞馬遜熱帶雨林生態系統的主要原因!

    結論:

1. 巴西堅果樹離不開刺鼠,因為必須靠牠們傳播種子。

2. 刺鼠必需依賴雌性蘭花蜜蜂幫巴西堅果樹傳粉,否則沒有傳粉

   就無法受精也就無法形成果實種子,刺鼠也就沒有食物吃了。

3. 所以首要的是先進行傳粉,巴西堅果樹離不開雌性蘭花蜜蜂。

   而雌性蘭花蜜蜂離不開雄性蘭花蜜蜂,否則沒法生育下一代的密

   蜂,而那些雄性蘭花蜜蜂則又必須依賴這些蘭花提供香料。

在亞馬遜熱帶雨林這複雜的生物網內,環環相扣,缺一不可。各位網友您可感覺到生物多樣性的重要了!

巴西堅果樹需要刺鼠→刺鼠也需要巴西堅果樹。

巴西堅果樹需要雌性蘭花蜜蜂→雌性蘭花蜜蜂需要雄性蘭花蜜蜂→而雄性蘭花蜜蜂又需要附生於巴西堅果樹上的蘭花。

    教了幾十年的生命科學,讀過不少生物多樣性的實例,而這是最吸引我的一個生物多樣性(Biodiversity)的例子。

    想想與其獨樂樂,不如眾樂樂,因此寫成文章POSTBLOGGER希望網友們您看了也會喜歡。

    同時最重要的是,下次您吃巴西堅果時,請記得飲水思源,該感謝刺鼠(Agouti)和蘭花蜜蜂(Euglossine)的辛勞
同時好好的保護牠們,否則我們的下一代就沒有美味而營養豐富的巴西堅果吃了!

 

 

2013年2月10日 星期日

奇蝦(Anomalocaris)不可思議的複眼(compound eye)2-11-2013年初二

 

 

奇蝦(Anomalocaris)不可思議的複眼(compound eye)

2-11-2013年初二

    澳洲南方的袋鼠島(Kangaroo Island),於2011年發現了一具異常清晰的奇蝦化石(1),放射線同位素定年,形成化石的時間是距今5.15億年前的寒武紀,化石清晰到複眼上有多少個小眼(ommatidia)都能數得分明(3.)


1. 一具異常清晰的奇蝦化石,由John Paterson博士領導的一組國際考古團隊,發現於澳洲南方的袋鼠島(Kangaroo Island)Emu Bay頁岩中。


2. 澳洲南方的袋鼠島(Kangaroo Island)



3. 奇蝦化石的複眼,相當的清晰。


    奇蝦的標本幾乎在全世界各地都有發現,可是以前的標本只能得知奇蝦的複眼為卵圓形、長度約在23公分之間如此而已。這個新近發現的標本,可清晰看到奇蝦複眼的結構,發現奇蝦的複眼最少是由16,000個六角形的水晶體(lenses)的小眼(ommatidia)所組成。比較現存的果蠅,其複眼也只由800個小眼組成。而昆蟲學家都知道,複眼中組成的小眼越多,越能看到清晰的影像。

    遠在寒武紀的奇蝦,居然能擁有16,000個小眼組成的複眼,確實出乎學者專家的意料之外!


4. 遠在寒武紀的奇蝦,居然能擁有16,000個小眼組成的複眼。


    就算現在演化最成功的昆蟲中,也只有蜻蜓的複眼擁有30,000個小眼,視覺的敏銳度勝過奇蝦而已。

    很多學生命科學的網友都曉得:達爾文的演化論的「主軸」是天擇說(Natural Selection)─物種的存在是經過天擇的結果,所謂的「物競天擇,適者生存」,最後無法適應環境的物種就自然被淘汰了。可是反觀奇蝦─牠是寒武紀海洋中最大的掠食者。身長超過60公分,甚至長到91.5公分(2)!然而當時寒武紀其他的海中動物,不管是伯吉斯頁岩化石的動物群或澄江化石動物群,少有體型超過10公分的動物。也就是說奇蝦(Anomalocaris)是當時海洋動物群集(community)中的最適者,依據達爾文的理論「Survival for the fittest.」,奇蝦應好好的生存下去才對,結果這最適者卻被淘汰了?生存的時期,還沒三葉蟲(trilobites)活的長久!

    達爾文在《物種原始論》中再三強調,演化的過程是藉著微小的步伐逐漸累積而成的。這樣的論點,其實並不適用於奇蝦,因為從來沒發現過奇蝦有漸近過度型的化石,(這點與馬的化石很不不同。) 達爾文學說的演化模式,更與伯吉斯頁岩生物群;澄江生物群展示的演化模式不俯合。

    更直接了當的說:達爾文的天擇說,是完全無法解釋短短數百萬年或千萬年形成的「寒武紀大爆發」這樣的事實的?或為何這麼早期的奇蝦複眼就擁有這麼敏銳的視覺?

參考文獻:

1.     Paterson JR, Garcia-Bellido DC, Lee MSY, Brock GA, Jago JB & Edgecombe GD. Acute vision in the giant Cambrian predator Anomalocaris and the origin of compound eyes.

   Nature 480, 237-240. 2011.

2.    VanRoy, P. & Briggs,D. E. G.

   A giant Ordoviciananomalocaridid.
   Nature 473, 510-513. 2011

   Nature 473, 510–513 (2011).