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霞櫻的黑熊便車

全球暖化已經成了地球上所有生物的大考驗。動物可以遷徙,往高緯度(latitudinally)或高海拔(altitudinally)移動;但是不能移動的植物要怎麼辦呢?

雖然植物不能移動,但是種子可以經由水力、風力與動物的散播,前往遠處。不過,可以藉風散播的植物種子,或許可以乘風往高緯度或高海拔移動(只要風向對的話)。水力就要看河流、洋流的方向了。運氣好,可以往高緯度移動;運氣不好,就只能往低緯度與低海拔地區移動了。至於藉由動物移動的種子們,又怎麼能控制動物移動的方向呢?

來自日本的研究團隊,以當地的本土植物霞櫻(Prunus verecunda)作為研究標的,在2010-2013年於日本中部,研究亞洲黑熊(Asiatic black bear,Ursus thibetanus)與日本貂(Japanese martens,Martes melampus)的糞便裡面的霞櫻種子發現,這兩種動物會在春夏兩季將霞櫻的種子帶往山頂。由亞洲黑熊帶上去的佔八成,其餘則由日本貂來達成。

亞洲黑熊。圖片來源:Wiki

研究團隊是怎麼知道這些霞櫻種子屬於較低海拔區域的呢?原來,氧原子有兩種同位素,一種是18O,另一種是16O。過去的研究發現,越往高海拔移動,這兩種同位素的比值( δ18O,18O/16O)就越小。所以,如果牠們糞便中的霞櫻種子的氧同位素比值,與同海拔地區的其他植物組織內的比值不同,就代表這些種子是來自於不同海拔高度;而如果呈現負相關(也就是往高海拔δ18O反而提高),就代表了這些種子是由低海拔區域帶上去的。而由比值的變化程度,更可以計算出這些種子大約是來自於哪一個海拔高度呢!

分析霞櫻種子裡面的氧同位素比例發現,亞洲黑熊平均約可以把種子往高海拔區域移動750公尺,而日本貂因為體型較小,只能往上移動460公尺。不過,即使只有升高海拔460公尺,溫度也已經降低了攝氏1.3度;至於750公尺則可以降低攝氏2度,以目前全球的升溫狀況來看,對霞櫻來說也已經足夠維持它們的生存。

日本貂。圖片來源:wiki

當然,不論是亞洲黑熊還是日本貂,都並不會刻意把種子帶上去。牠們都是雜食性動物,在春夏二季,受到了霞櫻香甜的果實吸引,在連果肉帶種子地吞食下去後,接著便意猶未盡地往高海拔地區移動,繼續尋找其他的果實或嫩葉。種子在經過牠們的腸道後,大約45個小時後(以亞洲黑熊為例)便隨著糞便排出,若那時牠們剛好在更高海拔區採食,種子便到了高海拔的地區。

當然,牠們在秋冬的時候也會有往低海拔地區移動的情形。這個狀況特別是在氣候不佳、食物不豐富的年頭,因為需要過冬要儲存養分,往低海拔區尋找食物的狀況更加明顯。但由於霞櫻開花結果的時間是在春夏,在那個時間牠們每天覓食的路徑大多是由低海拔區域往高海拔區域移動,於是就造成了研究團隊看到的往高海拔地區移動的狀況了。

所以,即使是無法藉風力、水力散播的植物種子,一樣可以搭其他生物的順風車往想去的地方移動--只要這順風車走對方向的話。因此,研究團隊也指出,在植物的散播上,藉助動物的力量這一環也是不容忽視的。而以氧同位素比例(δ18O)作為分析工具,更可以作為研究垂直散播的重要工具。相比於耗時費資源的分析基因體來找尋親本,氧同位素比例分析不啻為一個較為低成本且快速的方式。

許多植物苦心孤詣發展出誘人的果實,就是為了要吸引動物來採食之後,順便把種子帶往遠處去散播。在索爾‧漢森的「種子的勝利」一書中提到,全世界的植物中,大約有三分之一的種子是依靠動物來散播的。當然,往高海拔地區移動,雖然短時間內解決了暖化所帶來的問題,但是如果山不夠高的話,等到了山頂之後,若全球升溫的程度仍未稍減(估計到2100年時,全球升溫最高可達攝氏4.8度),這時就算有黑熊與日本貂,只怕也幫不上什麼忙了?

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Shoji Naoe et. al., 2016. Mountain-climbing bears protect cherry species from global warming through vertical seed dispersal. Curr. Biol. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.002

R. L. Burk and M. Stuiver. 1981. Oxygen Isotope Ratios in Trees Reflect Mean Annual Temperature and Humidity. Science. 211(4489): 1417-1419. DOI: 10.1126/science.211.4489.1417

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陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

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2015/10/10 更正:由於當初只有參考文獻1中的文字可供參考,而New Scientist 使用了stewing這個詞,使筆者誤以為是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。」;本文中的研究於2015/8出版於mBio期刊(2),參考其中的方法發現,正確的製備過程是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中置放九天。」。特此更正。

參考文獻:

1. Clare Wilson. 2015/3/30. Anglo Saxon remedy kills hospital superbug MRSA. New Scientist.

2.Harrison et al. (2015) A 1,000-year-old antimicrobial reme…

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參考文獻:

蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。
行政院農委會。甘藷主題館