校園螞蟻分類檢索實驗---問題與討論

(photo by pixabay)

在製作檢索表的時候，常會遇到一個困難點就是許多不同種的螞蟻總會有不少交錯的特徵，例如：擬大頭家蟻屬與皺家蟻屬因為腹柄節有兩節所以一開始就與其他種類的螞蟻分開，但是分類到最後時卻會發現牠們與棘山蟻屬有著相同的觸鬚節數，而其他的螞蟻種類在分類時也遇到很多相似的情況。簡單來說，越接近起點的特徵狀態(character state)是被越多物種所共享的，而越接近終點的特徵狀態則是越少物種獨具的。這些特徵都需要具備穩定(consistent)的特質才能被使用。然而我們也發現有些特質似乎是有變異的，例如體色。那麼為什麼有些特徵(例如體毛多寡)在某些物種具有高度的個體變異(individual variation)，但是在某些物種內卻相對穩定呢？(Yen SH,對檢索表製作報告撰寫之提點,2015)

即使是同一種基因型在面對不同環境時仍會產生不同的表現形態，此現象稱作表型可塑性，例如：一對同卵雙胞胎擁有相同的DNA，假設其中一者喜歡曬日光浴另外一者則否，喜歡曬日光浴者在肌膚上額外的皺紋較多且罹患皮膚癌的風險較高，另一者則否，由此可知除了遺傳，環境也造成了許多影響性狀的作用。表型的可塑性能增加特定條件下生物的生存率，產生個體變異，促進遺傳多樣性，而上述螞蟻的外型特徵，也能夠以此說明，例如：工蟻、兵蟻由於在族群中扮演的工作角色不同，即使他們屬於同種類的螞蟻，在外觀與體型上也會有明顯或些微的差異。

而同種螞蟻個體間性狀的差異取決於環境的適應及工作的性質，若某種螞蟻的分工很一致，那牠們的性狀歧異度便不高，如果環境沒有巨大的改變，久而久之，該性狀將會長期的保留下來，逐漸成為穩定型天擇，所以才會有某些種類的螞蟻在個體變異的部分相對高度個體變異的種類穩定。

然而，擁有不同基因型的個體，有時會有相同的表現型，趨同演化就是一個典型的例子，不同生物棲息在相似的環境，進而演化出類似的器官與構造，例如：海豹與企鵝為分類差距很大的生物，牠們在脊索動物門之後就分為哺乳綱及鳥綱，但是牠們卻擁有在外型與功能方面極相似的構造。這就是我們常說的同功器官，而螞蟻也有相似的狀況，例如大顎的形態。

以上是此次我們在「校園螞蟻分類檢索實驗」中提出的問題與討論

Fusco G.,Minelli A. 2010. Phenotypic plasticity in development and evolution: facts and concepts. The Royal Society.


Jean-Michel Gibert ,Frédérique Peronnet, Christian Schlötterer.2007. Phenotypic Plasticity in Drosophila Pigmentation Caused by Temperature Sensitivity of a Chromatin Regulator Network. PLOS Genetics.

Klucevsek K. Student.com. [year] Genotype-Environment Interaction and Phenotypic Plasticity

Shanshan Zhou, Terry G. Campbell, Eric A. Stone, Trudy F. C. Mackay, Robert R. H. Anholt.2012. Phenotypic Plasticity of the Drosophila Transcriptome. PLOS Genetics.

中山大學螞蟻分類---「傳統檢索表」

1. 腰節1節 -------------------------------- 2
    Waist 1-segmented ------------------ 2
1. 腰節2節 -------------------------------- 6
    Waist 2-segmented ------------------ 6



2. 螯針退化 ------------------------------- 3
    Sting degenerative ------------------- 3
2. 螯針未退化 ---------------------------- 5
    Sting non-degenerative-------------- 5



3. 觸角9~11節 ---------------------------- 4
    Antenna 9~11-segmented ---------- 4
3. 觸角12節 ------------------------------- 棘山蟻屬
    Antenna 12-segmented ------------- Polyrhachis



4. 觸鬚型式5﹐3或更少-------------------- 臀山蟻屬
    Palp formula=5﹐3 or less ------------- Acropyga
4. 觸鬚型式6﹐4----------------------------- 捷山蟻屬
    Palp formula=6﹐4 ----------------------- Anoplolepis



5. 腹錘第二節背板呈拱型 -------------- 盾角針蟻屬
    Second tergite arching---------------- Proceratium
5. 腹錘第二節背板未呈拱型 ------------泛針蟻亞科
    Second tergite non-arching --------- Ectatomminae



6. 體表光滑 --------------------------------- 擬大頭家蟻屬
    Surface smooth ------------------------- Pheidologeton
6. 體表粗糙 --------------------------------- 皺家蟻屬
    Surface uneven ------------------------- Tetramorium

校園內螞蟻圖像式檢索表

生科書報討論(新版)

議題簡述

 

        前些日子英國科學研究團隊在蚯蚓的體內發現了一種稱為蚯蚓防禦素的代謝產物，此產物能夠讓蚯蚓抵抗許多植物落葉中含有的多酚類化合物，進而使蚯蚓能夠有效利用落葉，同時它也關係著整個生態系碳循環的完整，因為是蚯蚓防禦素讓蚯蚓協助生態系完成部分碳循環的過程，沒有它相信許多枯枝落葉將會是一個令生態系在碳循環上頭痛的問題，以下是針對此項研究做的書報討論。

（photo by pixabay）

「動物腸道解密 僅蚯蚓會分解落葉」

看到這樣的標題，不得不讓人懷疑難道我們一直以來的認知錯了嗎？就我們以往所學習，蚯蚓在生態系中是屬於清除者的角色，而這篇報導中就直接點明蚯蚓是分解者，為什麼會這樣子描述呢？

先來說說清除者與分解者吧！

 

        實際上清除者在生態系中被歸類為消費者之一。消費者的定義是「直接攝取體外之有機物並排泄(遺)出有機物的生物」，而清除者也是如此，清除者取食死亡腐敗的動植物，吸收其中的有機質並且排出有機質，讓動物屍體與植物殘體能被進一步的利用。分解者就不一樣了，分解者主要攝取養分的方式為「將有機物吸收分解並轉化為無機物」，所以分解者大多是微生物及真菌，他們常利用酵素分解物質，再將其吸收，可避免屍體及排泄廢物堆積，在各式循環中扮演壓軸的角色   (碳循環、氮循環…等)。



        回到我們的主題，新聞報導中指出：「要是蚯蚓腸道中沒有一種特殊化合物來對抗落葉中的毒素，地球上的枯葉將無法被分解，地球的景觀將會截然不同！」(鄭宇晴,2015/8/10,台灣醒報）新聞這樣的說法會讓一般民眾有所誤解，實際上，此篇研究的原始文獻內容主要是在描述「蚯蚓體內有一種自體代謝出的產物去對抗植物多酚類化合物」，並不是在強調只有蚯蚓能夠分解落葉，以下是對此篇報導整理出的疑點：

 

1.「許多植物會製造多酚類化合物來抗氧化，並讓吃葉子的昆蟲或動物消化不良，進而退避三舍，這些多酚類化合物也會繼續存於枯葉中，造成分解者的困擾，然而，這對蚯蚓來說不成問題」(鄭宇晴,2015/8/10,台灣醒報）

 多酚類化合物是高等植物為了對抗地面上的草食動物而產生的，可以說是一種自我防衛機制，也就是說許多的生物對其不耐或畏懼。而蚯蚓呢？實際上蚯蚓還是比較喜歡低多酚含量的植物，而且多酚在牠們身上仍會產生負面影響，只是蚯蚓的代謝產物能夠在牠們攝取到含有高濃度多酚的食物時保護牠們，讓蚯蚓能夠在多樣化的環境生活，研究也指出，當蚯蚓生活在高多酚含量植物較多的地區時，體內的代謝產物也會相對較多，以下將此產物稱作蚯蚓防禦素(Drilodefensins)。(Liebeke et al., 2015) 

2.「『蚯蚓防禦素』可以像肥皂分解油汙一般，將多酚類化合物分解掉。」倫敦帝國學院研究員傑克‧邦迪(Jacob G. Bundy)表示。(鄭宇晴,2015/8/10,台灣醒報）

        首先，新聞描述蚯蚓防禦素的運作原理如同肥皂這點沒錯，但是肥皂清洗油汙的原理並非分解油汙而是利用肥皂(界面活性劑)的親水端及親油端使油汙溶在水中，多酚化合物會抑制動物腸道中一些「酶」的活性，而這些多酚化合物仍會在沒有生產功能的枯葉中留存，蚯蚓防禦素具有表面活性剛好能夠抵銷多酚化合物對腸道的抑制作用。(Liebeke et al., 2015) 

3.邦迪指出:「蚯蚓的主食是落葉和植物腐敗的根，若沒有蚯蚓，落葉、爛根將無法分解，堆積如山，碳循環也會因此中斷，地球將不再適宜人類居住。」(鄭宇晴,2015/8/10,台灣醒報）

             難道除了蚯蚓以外沒有其他的生物能夠分解落葉嗎?雖然上述標明「邦迪指出」，但是實際上原始文獻中並沒有提到類似這樣的言論，所以可能是外國媒體在訪問時，邦迪的回答令他們會錯意，連帶台灣的記者也翻譯出錯誤的資訊。

書報評論

                 此篇報導的品質實在只能說看看就好，就當作長知識了，很明顯記者只是去找國外的新聞然後翻譯成中文而沒有求證，加上對專業領域的不了解，導致報導出世界上只有蚯蚓能分解落葉及肥皂分解油汙等言論，如果說身為一個生物學者，對於未知或是資訊甚少的事，相信都不敢把話說得太絕對，因為在生物的世界有太多的例外、太多的新發現，凡事都要保持懷疑的態度跟探索新知的精神。

               而關於「Unique metabolites protect earthworms against plant polyphenols」這篇論文，我們認為它應該是在檢測現象，因為植物中的多酚會使許多動物、昆蟲或微生物感到反感是大家都知道的事，那枯掉後沒有生產價值的落葉怎麼辦呢?於是他們發現了蚯蚓有這樣的代謝產物去對抗植物多酚，用很多實驗的方法去求證自己的假說，論文中有詳細的實驗記錄及檢測方式。

以上是本次的書報討論

引用文獻：

原始文獻

Liebeke M., Strittmatter N, Fearn S, Morgan AJ, Kille P, Fuchser J, Wallies D, Palchykov V, Robertson J, Lahive E, Spurgeon DJ, McPhail D, Takáts Z, Bundy JG (2015) Unique metabolites protect earthworms against plant polyphenols. Nature Communications 6, Article number: 7869, doi:10.1038/ncomms8869

鄭宇晴(2015/8/10)台灣醒報「動物腸道解密 僅蚯蚓會分解落葉」

清除者與分解者的不同「Difference Between Detritivores and Decomposers」