從海面的螢光談起水環境中之渦鞭毛藻(轉貼)

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戀戀莒光

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發表時間 : 2006-09-05 21:09:25
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從海面的螢光談起水環境中之渦鞭毛藻(轉貼) --閱讀人次 : 7260

　◆國立臺灣大學漁業科學研究所周宏農

在烏雲遮月的夜晚﹐大地一片漆黑﹐特別是在人稀的海邊﹐沒有路燈光照之影響﹐當船隻行進時﹐緊接在船後﹐一道藍白色的光帶快速的劃過水面﹐隨即又泯滅於一片黑暗 ﹐只有在那船邊船後或是一波接著一波的浪花中﹐呈現出閃爍的光暈。提起一桶海水﹐在黑暗中倒下船板﹐只見水花落地時的一剎那﹐蹦出一點點連續的藍白閃光﹐ 像極了仙女棒點燃時的火花散射﹐煞是美極了。可是不知情的群眾﹐還以為那是鬼火、水中的化學品污染﹐也因此而緊張擔心。這種現象乃是來自於水中具備生物體發光機制(bioluminescence)的渦鞭毛藻﹐當水中的這些光合作用藻類﹐因為水質優養化，營養鹽的豐富、溫度與白天日照的合適而大量繁殖﹐加上水體翻攪和潮流等的停滯﹐在局部區域內藻細胞聚集﹐而讓船隻行進時﹐螺旋槳的攪動與水體拍打船身時之刺激作用﹐ 引發了藻體內的發光機制而產生閃光。這個光線的產生﹐並不會長時間駐留﹐只有刻意去攪動水體時﹐才會發出一陣陣的光線。在白天﹐一方面受到陽光較亮的影響而看不出生物的發光﹐有一些藻種因日周韻律的關係﹐白天的發光較弱。

生物發光

生物的發光機制主要存在於細胞中的螢光素(luciferin) 與螢光酵素(luciferase)的作用﹐其間尚牽涉到一個存在於細胞膜上的螢光素結合蛋白當成為發光訊號啟動的控制﹐這個與膜結合之顆粒狀結構又稱之為螢光閃體(scintillon)。類似的結構與螢光系統似乎存在於多種不同的單細胞渦鞭毛藻﹐從離心分離到膜結合的螢光閃體中可分離到螢光素與螢光酵素﹐然而細胞質中這兩種相關發光物質的含量還是較多。最近在國內生物技術研究中喧嚷一時的基因轉殖綠色螢光蛋白(Green Fluorescence Protein)﹐原是一種存在於會發出螢光的水母細胞中的一種蛋白質﹐因為其氨基酸序列中的一小段絲胺酸–酪胺酸–甘胺酸(ser-tyr-gly)﹐ 因為距離的靠近而行官能基間的氧化環化反應生成一個具有六個共軛雙鍵的化合物﹐而在395nm處吸收並釋出508nm的可見光螢光。這個蛋白質的DNA已能夠在細菌、酵母菌、霉菌、高等植物、果蠅、斑馬魚以致於哺乳類動物細胞內表現﹐呈現於外的可能就是能夠在長波長紫外光照射下的黑暗中顯示綠色螢光的細胞個體。然而﹐生物發光系統的機制﹐則完全與之不同﹐其光線的產生﹐在於經由細胞外的刺激﹐這包括自然的物理性水體攪動與研究上所採用的酸液或電極刺激﹐引起膜上蛋白質粒子結合螢光素分子的釋出﹐釋出的螢光素再與螢光酵素作用產生波長474-476nm的藍白光線﹐雖然在異營的Noctiluca大細胞中﹐可看到螢的光釋出並不局限於膜蛋白粒子上﹐而是在細胞質的整體中散佈著許多微小的光源。

浮游植物的發光

在光合作用生物中只有渦鞭毛藻的一些種類具有生物發光的機制﹐一些屬於光合自營性的的種類﹐如Gonyaulax (Protogonyaulax, Alexandrium)有毒或無毒的種類, Protoperidinium, Pyrodinium, Pyrophysis等在受到物理或化學性的刺激後釋出閃光；異營性的種類﹐像Noctiluca等也具生物發光(Sweeney 1987)。許多種類（表一）﹐無論是分離自海洋或培養中的細胞都曾被證實具生物發光﹐透過類似的研究﹐我們也因此知道並非所有的渦鞭毛藻種類都會發光﹐譬如Gyrodinium, Prorocentrum和Dinophysis等渦鞭毛屬的種類尚未發現到會發光﹐而造型特殊的Ceratium屬﹐ 只有少數種類發光﹐而截至目前所知僅海水種渦鞭毛藻會發光﹐還未有淡水種類的渦鞭毛藻被發現具生物生物發光。同時我們也知道並非同一屬內的每一個種或同一種類的不同分離株都會發光。然而海洋浮游植物的發光作用可說是非常普遍﹐也造就許多海上美麗的傳說﹐以及和貝類含毒的一些聯想。

發光與產毒的渦鞭毛藻

由於一些有毒的渦鞭毛藻﹐如A. tamarense, A. catenella, A. minutum, G. polyedra, G. catenata等也會產生螢光﹐這些含著麻痺性毒素的渦鞭毛藻﹐當在自然環境水質優養化致大量繁殖，造成紅潮水華時﹐可經由貝類的濾食而將毒素累積在內臟甚或肌肉中﹐以致於引起貝類消費者的中毒﹐如過去曾發生於本地南部的西施貝麻痺性毒中毒事件。過去在美洲﹐印第安人口傳的歷史中也曾提到﹐當海面出現泛藍白螢光的時節﹐水中的漁撈特別是貝類是不能夠取食的。隨後﹐在這些海域的浮游植物研究﹐證實了這些個產毒的亞歷山大藻Alexandrium (在過去文獻上曾被劃歸於Gonyaulax屬後又被改為Protogonyaulax)﹐有些種類確實也會在海面上形成螢光的異象﹐這也難怪許多的群眾與科學家往往以海中的螢光現象當成貝類含毒的預警。然而就以上所述﹐產生螢光的藻種不見得含毒﹐而含毒的藻種也不見得都具生物發光作用﹐如臺灣沿海以至於大陸南方沿岸所遍佈的夜光蟲Noctiluca﹐經常性的因海中浮游生物豐富而大量存在﹐顧名思義﹐它就是經常在夜間發亮產生螢光的異營性渦鞭毛藻﹐而在我們在臺灣南部地區所採集到分佈於不同時地的微小亞歷山大藻A. minutum藻株﹐其含毒與否與其是否具生物發光機制間並無直接關係。

其他像分佈於世界多處的Gymnodinium catenatum﹐同樣含有麻痺性劇毒﹐但未被證實能夠發光。還有一些含有下痢性毒素的鰭藻類(Dinophysis)與原甲藻類(Prorocentrum) 渦鞭毛藻﹐也是經常性形成紅潮水華的種類﹐但都不會釋出螢光。渦鞭毛藻的這種生物發光系統﹐曾在幾個種類中被證實與生物的日周時鐘韻律有關﹐也就是當這些藻種被置於永夜或永晝的情況下﹐這種夜間接受刺激而發光的現象﹐其光度維持一定的24小時周期的韻律變化﹐可延續時數天之久﹐而這樣的韻律特徵不因細胞分裂成兩個子細胞﹐而有所混亂﹐兩個子細胞仍延續親代的週期繼續下去。生物時鐘韻律的基因調控﹐一、二十年以來一直是個熱門的研究專題﹐渦鞭毛藻的生物發光系統﹐無疑的是個很好的材料。發光與不發光之同種渦鞭毛藻﹐在對水蚤的覓食上出現顯著差異﹐發光生物顯然較不容易被動物攫食；由於渦鞭毛藻發光系統所產生的光線波長又恰是海水中最容易清晰傳遞的波長﹐這和它在夜間的發光是否具有某些警示來避免浮游動物等的濾食﹐值得深究。

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王建華
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發表時間 : 2006-09-11 17:37:54
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剛剛接獲台大周教授電話
初步確認應該是夜光蟲不會有毒
他說春夏二季較多　
不過我記得幾年前第一次與夜光蟲相遇是在秋季

依四鄉五島都有發現的清況來看
誠如陳清枝老師談及明年結合七夕情人節應該會是不錯的賣點
也許建設局或是觀光局可以請周教授來馬祖走一趟
確認一下一邊做生態調查一邊行銷觀光
也許是個可行的方法

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陳清枝
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發表時間 : 2006-09-13 14:59:35
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