懂得利用手邊資源的生態學家:從空氣濾紙到魚罐頭的氣候線索

更新 發佈閱讀 6 分鐘
圖片作者:Gemini

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我們常以為,要追蹤氣候變遷對植物的影響,需要龐大的研究經費與長期的野外觀測。


但瑞典的一群生態學家,卻用一種近乎「魔法」的方式,在沒有新建任何觀測站、也沒有出門採樣的情況下,讓過去的空氣樣本說出了新的故事。


會「說話」的濾紙


苔蘚植物(bryophytes,包括蘚類與苔類)在北方與高緯度地區生態系中扮演重要角色。而且,因為它們缺乏維管束,對氣候變化極為敏感。

過去關於開花植物的研究已顯示,全球暖化會導致開花期提早,但類似的研究在苔蘚卻很少,因為:


要觀察苔蘚的繁殖期,必需從孢子下手,但是要從苔蘚的孢子形態來區分種類並不容易;另外,田野觀察耗時、需要經費且能收集到的資料有限。


有沒有辦法,可以省時、省事又省錢的收集到苔蘚孢子的樣本呢?


研究團隊想到:當這些孢子釋放後,許多都會隨風飄散;而長久以來,瑞典政府一直都透過監測站來監測空氣中的放射性物質。


為了測量空氣中的放射性物質,這些監測站會使用0.2 微米矽基濾紙(silica-based filters)過濾空氣(他們每週過濾超過 10 萬立方公尺的空氣);而這些濾紙可以捕捉到直徑約 10–40 μm 的孢子,剛好就是大多數能被「隨風而去」的苔蘚種類的孢子大小。


更棒的是,瑞典政府作這件事已經有好幾十年了!於是他們取得了位於瑞典北部基律納(Kiruna)附近的一座永久性放射性核素監測站(permanent radionuclide monitoring station)所收集的濾紙。


研究團隊從這些原本用於輻射監測的濾紙,成功萃取出空氣中的環境 DNA(airborne eDNA),建立了 1974–2008 年間的苔蘚孢子時序資料。


當然,因為濾紙只能收集到空氣中的孢子,所以對於不是靠空氣散佈孢子的苔蘚類,就無法在這個研究裡呈現。


研究團隊把定序出來的序列進行比對並找出所屬的種或屬、科,他們也確認當地的確有這些物種。畢竟有些濾紙是幾十年前的,為了避免因為樣品保存狀況不佳導致孢子的DNA分解造成誤判,這樣的比對是必要的。


結果發現:大部分苔蘚的孢子釋放時間在這35年間提前了三到六週。也就是說,隨著當地的春天來得越來越早,苔蘚的繁殖期也跟著提前展開。這些看似微小的變化,揭示了北極生態系對氣候變遷的反應。


透過比對與分析,他們發現孢子提前釋放的時間與前一年秋天的氣溫高度相關——暖秋會讓孢子囊提早成熟,隔年春天就能更早釋放。這樣的洞見,若僅靠傳統的田野調查,幾乎不可能做到。

這正是「就地取材」的力量:懂得利用現成資源,就能看見時間留下的痕跡。


另一個例子:魚罐頭裡的寄生蟲


這種巧思不只發生在植物研究。另一篇研究利用的是──魚罐頭。

美國海鮮產品協會自1979年起,便逐年保存了每年的魚罐頭樣本,原意是作為食品安全留樣。


幾十年後,有寄生蟲學家想到:只要罐頭裡的魚肉還在,那麼裡頭的寄生蟲卵與幼體當然也一起被封存。


於是他們從這些罐頭中檢查魚體內的線蟲(如 Anisakis 屬),發現寄生蟲感染率在數十年間出現顯著變化(詳見《用罐頭(can)來進行海魚寄生蟲的研究》)。這讓研究者得以重建海洋寄生蟲與氣候、漁業變遷的長期關係。

這樣的創新做法,幾乎不需再出海採樣,卻能回望整個世代的變化。


無論是空氣濾紙還是魚罐頭,這些研究都展現了一種洞察力:

只要知道哪裡曾經留下資料,知道那些資料能在今天被用來回答全新的問題,就可以回答許多重要的問題。

在資源有限的時代,這種能力有時候比技術更重要。


然而,使用這樣的方法也需要謹慎。

舊樣本可能在保存過程中劣化;樣本來源、加工方式、取樣頻率的差異,都可能造成偏差。

真正的科學家不只是「會撿寶」,也要「會懷疑」這些寶物的真實性,才能真正善用這些寶物。

正如那群瑞典學者所強調的,eDNA揭示的是趨勢,但背後的機制仍需實驗與觀察印證。


科學的啟示


這兩個故事提醒我們:

科學的突破,不一定非要用最昂貴的儀器才辦得到,如果懂得重新看待手邊現成的資源,也可以有意想不到的發現。

世界的變化,無論是氣候變遷或其他的原因,都是一個漫長而連續的過程,我們之所以能追蹤它,是因為有人在幾十年前留下了那些不起眼的濾紙與罐頭。

而科學家的任務,就是讓那些被歸檔的資料再次發聲。


參考文獻:

Bengtsson, F. et al. (2025). Rapid shifts in bryophyte phenology revealed by airborne eDNA. Journal of Ecology, 113(1), 1–15.

Natalie Mastick, Rachel Welicky, Aspen Katla, Bruce Odegaard, Virginia Ng, Chelsea L. Wood. Opening a can of worms: Archived canned fish fillets reveal 40 years of change in parasite burden for four Alaskan salmon species. Ecology and Evolution, 2024; 14 (4) DOI: 10.1002/ece3.11043


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主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
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