現代生物科普（付費）

近年來，微塑膠（microplastics）與奈米塑膠（nanoplastics）問題愈來愈受到關注。這些肉眼看不見的塑膠微粒，不僅存在於海洋、河川，甚至連我們每天喝的自來水中也無所不在。根據全球調查，14 個國家中有超過八成的自來水樣本都檢出了塑膠微粒，主要包括聚苯乙烯（polystyrene）、聚乙烯（polyethylene）與聚丙烯（polypropylene）等。這些微粒一旦進入人體，會在組織中累積，長期下來可能導致腸道菌相失衡、胰島素阻抗、肝臟代謝異常，甚至囤積在腦組織中引發失智。儘管目前對於其健康風險的瞭解仍有限，但顯而易見的是，微塑膠已悄悄成為我們無法忽視的隱形汙染。

自達爾文提出「自然選擇」的概念以來，人們普遍認為物種的改變主要來自基因突變與遺傳，但其實早在 19 世紀初，法國生物學家拉馬克（Jean-Baptiste Lamarck）就提出過另一種觀點，環境改變能直接影響生物性狀，甚至遺傳給下一代。這種「受環境影響的遺傳」的想法長期被視為過時而不合理，直到近年隨著表觀遺傳學（epigenetics）的興起，才重新獲得大家的關注。表觀遺傳學揭示了即使 DNA 序列不改變的情況下，化學修飾如 DNA 甲基化（methylation）仍能改變基因的表達方式，從而改變個體的表徵，並且能在世代間傳遞。 DNA 甲基化，黃色圈圈代表甲基（methyl group）（圖片來源：Ana Valente,Luís Vieira,Maria João Silva and Célia Ventura，採用  CC BY 4.0  授權） 一項水稻研究提供了有力證據證明，植物能透過環境誘發的表觀遺傳變化，獲得並遺傳新的適應性狀，即水稻的抗寒能力。這項發現不僅重新詮釋了拉馬克式遺傳的可能性，也為作物育種開啟了新的方向。

三維重建（3D reconstruction）在這幾年於人工智慧與電腦視覺領域成為熱門話題，而「重建動物的三維形態與動作」更是其中具挑戰性的一項任務。其目標是從一般的相機拍攝影像或影片中，推算出動物真實的三維外型、姿勢以及動態變化。這樣的技術不僅能應用在娛樂產業、虛擬實境（VR/AR）、電影動畫等內容創作上，也對野生動物的保育、畜牧管理以及生物學研究都有重要價值。想像一下，藉由攝影機重現牠們的體態與動作，就能讓我們在不打擾動物的情況下，獲得許多額外有用的資訊。 傳統上，研究人員若想取得真實動物的 3D 模型，必須使用雷射掃描或多視角攝影等方式，這些方法不但昂貴、流程複雜，還要求動物保持靜止，幾乎不可能在自然環境中進行。不過，深度學習（deep learning）的出現改變了一切。在近幾年，許多研究團隊成功利用類神經網路（neural networks）直接從一般 RGB 影像或影片中推算三維形狀，讓動物重建變得非侵入式又更靈活。 然而這項技術仍面臨不少難題，動物不像人類，牠們有著高度的多樣性與不穩定性。不同物種之間的體型與身形差距極大，即使是同一

在自然界中，寄生的例子數不勝數。很多寄生生物都能藉由獨特的行為模式進入生物體內完成寄生。有些獨特的寄生蟲甚至能操縱宿主意識，讓宿主甘願成為他們的奴僕。 在這些能夠操縱宿主的寄生蟲中，有一類寄生蟲特別狡猾，牠們被稱作弓形蟲（Toxoplasma gondii）。這種寄生蟲屬於頂複門肉孢子蟲科，與瘧原蟲有親緣關係。這種寄生生物的不尋常之處，在於牠們與許多人最親密的夥伴--貓有關。牠們不僅能操縱宿主，使牠們情不自禁的愛上貓。還能像某些科幻恐怖小說一樣，進入宿主的生殖系統，伺機破壞。

在人類社會中，我們突然遇到一個人倒下失去意識，通常會本能地施以急救試圖喚醒對方。這種「急救反應」是否僅屬於人類的特質呢？動物是否也會對同伴的失去意識表現出特定的社會行為？於是有研究試圖觀察實驗室小鼠在面對陷入無意識或死亡狀態的同伴時，會不會出現類似的社會行為。 小鼠對無意識同伴的行為（Sun W et al. (2025). Science 提供）

在分子生物學與合成生物學的研究中，如何從整個基因組的角度設計並創造全新的生命體，一直是這些研究者心中的終極目標。隨著基因定序與合成技術的快速進展，人類對於 DNA 序列的解讀與編輯能力已經大幅提升，但以往的編輯技術都是從已存在生物上的 DNA 序列進行部份修改，而真正能夠從無到有的設計，仍然存在巨大的挑戰。 DNA 基本上是藉由 4 種去氧核糖核苷酸分子串聯所組成，這些分子上的鹼基種類分別是腺嘌呤（adenine）、胸腺嘧啶（thymine）、胞嘧啶（cytosine）、鳥糞嘌呤（guanine），為了簡單明瞭，我們也常取它們的第一字母 A、T、C、G 作為序列表示。例如人類的β-肌動蛋白基因的編碼區有 1,128 個核苷酸，而其序列如下： 5'-ATGGATGATGATATCGCCGCGCTCGTCGTCGACAACGGCTCCGGCATGTGCAAGGCCGGCTTCGCGGGCGACGATGCCCCCCGGGCCGTCTTCCCCTCCATCGTGGGGCGCCCCAGGCACCAGGGCGTGATGGTGGGCATGGGTCAGAAGGA

現代人類的各種活動持續造成森林、草原、濕地等自然棲地消失或退化，讓全球鳥類多樣性正面臨前所未有的危機。設立自然保護區或國家公園、減少獵捕、加強野生動物保育法令、碳減排政策等減緩威脅措施已無法有效阻止物種滅絕與生態功能流失。研究者透過 鳥類特徵數據 （bird trait data）和全球保育威脅資訊，建構出一套預測模型，試圖瞭解不同保育策略在未來百年間對物種存續與功能多樣性的影響。鳥類特徵數據的資料來自AVONET 資料庫，涵蓋全球超過 11,000 種鳥類的形態學特徵，包含體重、喙長、翅膀形狀等（AVONET詳細介紹可閱讀底下參考文獻：Tobias JA et al. 2022）。這些特徵等同描述了各種鳥類的生態位，常被用來估算鳥類在生態中的 功能多樣性 （functional diversity），比如不同的體型、飛行方式、授粉、掠食層級、攝食種類、掘土、築巢方式等。

在肯亞中部遼闊的草原上，有一群斑斕絢麗的鳥類讓我們對於動物合作行為感到驚艷。牠們稱作栗頭麗椋鳥（ Lamprotornis superbus ），屬於雀形目（Passeriformes），羽色閃耀著金屬光澤，為群居性鳥類，通常由數十隻成員組成一個大家族，最多可達60隻左右。這些鳥群並非單純的血親聚落，而是一種由親屬與非親屬混合構成的複雜社會體。在長達20年的田野觀察記錄中，栗頭麗椋鳥長期彼此互助的社會網路，讓研究者發現了其中細膩且難以察覺的互動關係。 栗頭麗椋鳥（圖片來源：Dennis Irrgang，採用  CC BY 2.0  授權）

鼻彩蠅幼蟲（感謝Roger Vila提供） 社會性昆蟲如螞蟻、白蟻、蜂類，所建造的巢穴往往提供安穩的棲息環境與食物資源的屯積。如此穩定良好的環境很容易吸引許多其他物種的不速之客趁虛而入，躲在巢穴內部某個角落吃飽睡好。不同的外來者有著不同進入巢穴的方式，可能是寄居（inquiline）、互利共生、寄生，甚至直接闖入獵食。如果是神不知鬼不覺地進來的寄居生物，那就得需具備高度特化的形態、行為與生理適應性才能不被巢穴的原居民發現牠的異樣。

吸血蝠（ Desmodus rotundus ）（感謝Joel Sartore提供） 蝙蝠作為哺乳動物中獨特的一類，不僅是分類之下唯一能夠持續飛行的類群，還發展出回聲定位能力尋找方向。牠們長期被視為多種人畜共通病毒的宿主，不管是狂犬病病毒（Rabies virus）、馬堡病毒（Marburg virus）、立百病毒（Nipah Virus）還是各種冠狀病毒（Coronaviruses）都與蝙蝠有關。特別的是，這些病毒在蝙蝠體內往往不會引起蝙蝠明顯的病理反應，反而能夠持續複製與演化，最終產生能感染其他物種的病毒後代。蝙蝠可說是病毒的天然溫床。除此之外，研究亦顯示蝙蝠罹患癌症的機率遠低於人類，意味著蝙蝠有某種對抗這些疾病的機制，引發人不少好奇心。

在生物學中根據物種繁殖的次數可分為單次繁殖（semelparity）與多次繁殖（iteroparity）兩種繁衍策略。單次繁殖指物種一生只交配一次，多次繁殖則代表物種一生中可以交配許多次。從小我們就認識到鮭魚洄游至出生河流進行繁衍產卵後便會死亡，這種一次性交配後個體馬上死亡的現象也許常被大家認為是較為沒有效率且極端的繁衍方式，然而在節肢動物、軟體動物、魚類卻十分常見。而在哺乳類似乎從來就很少被探討，因為此現象確實在哺乳類中罕見許多。繁殖和養育對生物來說是一項非常消耗能量的過程，在產量與子代生存率中取得平衡，確保族群的延續，其中單次繁殖選擇的是將所有能量全部投入在一次生命的綻放之中。

癌細胞是正常細胞在多代數分裂之下，DNA複製不斷累積錯誤給子代細胞所產生的結果。由於後面分裂出來的細胞的DNA與多代以前的正常細胞差異越來越大，導致細胞無法正常運作且進行異常的生理行為，在體內就成了一個禍害。如果這種細胞不斷複製下去，小則阻礙局部組織的正常運作，大則轉移全身，讓身體失去正常機能而導致個體死亡。幸虧我們還存在腫瘤抑制基因（如 TP53 、 Rb 等）與免疫系統，能夠清除絕大部分形成腫瘤的機會。在這個概念之下，我們以往認為體型越大的動物因為細胞數量越多、壽命越長（細胞分裂會越多次），罹患癌症的風險應該隨之增高。 在1970年代，有一位英國流行病學家，理查德·佩托（Richard Peto）觀察到小鼠在長期暴露於致癌物質後，腫瘤形成的可能性顯著增加。在他分析數據時，打算將體型列入參考值，然而他過程中突然意識到體型小與體型大的動物發生癌症的機率並非倍數型地成長，反而體型越大的物種癌症發生率有減少的趨勢。這與原本預期的結果大相逕庭，因此提出了「佩托悖論」（Peto's paradox）。這個理論在2015年的一項36種哺乳類的癌症研究當中也

老化是一個複雜的生物變化，涉及多重因素的綜合作用。最常談及的老化機制是體細胞的DNA每複製一次，端粒（位於染色體末端的結構）就會縮短一次，最終因端粒過短而停止細胞分裂，使細胞走向老化階段。此外DNA的損傷、氧化壓力增加、慢性發炎等現象同樣在老化中扮演著重要的因素。我們今天要提及的老化因素之一是氧化壓力（oxidative stress）。 染色體的端粒（圖片來源：Ozcagli E et al/Shutterstock，採用  CC BY-NC-ND 4.0  授權）

在自然生態系統中，生物之間的複雜且精妙的交互關係數不勝數，而寄生蜂與多去氧核糖核酸病毒（polydnavirus，後面簡稱PDV病毒）之間的共生關係便是一個引人入勝的例子。PDV病毒是一類專門感染昆蟲的病毒，至今已發現超過五十種，主要感染宿主包括小腹繭蜂亞科（Microgastrinae）、縫姬蜂亞科（Campopleginae）、甲腹繭蜂亞科（Cheloninae）和折脈繭蜂亞科（Cardiochilinae）等。這些病毒會在雌性寄生蜂的卵巢萼（calyx）中進行複製，但對寄生蜂本身並無致病性，反而與寄生蜂形成互利共生的關係。 柳毒蛾盤絨繭蜂（ Cotesia melanoscelus ）（圖片來源：James Lindsey's Ecology of Commanster Site，採用  CC BY-SA 3.0  授權）

大翅鯨（圖片感謝Tomas Kotouc提供） 動物在彼此社交互動中，發出聲音是與對方溝通最常見的方式，不管是吸引伴侶、領土宣示、協調群體、警告防禦等都離不開聲音的傳遞。然而我們對於動物聲音的發生學研究還十分稀缺，目前文獻只對於某些雀形目鳴禽的聲音發育描述較為詳細，牠們除了在雛鳥發育過程中學習基本的鳴叫以外，在繁殖季節的開始階段再次發展歌唱能力。因此這就區分出了發育的發生學與季節性的發生學兩種不同的概念。研究季節如何影響動物歌聲的發育能讓我們了解聲音訊號的驅動因素及其對繁殖成功的重要性。

姆布魨（ Tetraodon mbu ）（圖片來源：snoopy42， CC0 1.0  公共領域） 痛感對於動物來說是一種保護機制，當動物接觸到會使自己感到疼痛的物體時，便會知道要遠離以確保不再受到這個物體的傷害。一般來說，生理上因接觸外物時出現的疼痛屬於正常反應，也不太會對動物帶來顯著的負面影響。然而，有些生理出現的疼痛已經不再是正常神經反應的範圍內，毫無目的性地引發神經疼痛，甚至造成慢性疼痛，反而導致長期的煎熬、心理焦慮、情緒改變、喪失睡眠品質。因此服用鎮痛藥物緩解疼痛成為了解決長期疼痛折磨的主要治療方式。 現在市面上有著多樣的鎮痛藥物種類，有的專對神經元上的特定受體，有的則藉由降低發炎反應來緩解疼痛。今天我要來介紹較少被應用的鎮痛劑—河豚毒素（tetrodotoxin），河豚毒素除了能在河豚中發現外，也能在章魚、貝類、蛙類、蠑螈等動物身上找到。它本身是一種毒性極強的神經毒素，使神經系統與肌肉喪失正常功能而出現失去體感能力和多種器官癱瘓，達到足夠的劑量就會導致接觸者死亡。就因它能影響體感能力這一點，以前有研究者認為可以應用於治療疼痛，只要劑

倭黑猩猩，一種具有同性性行為的靈長類哺乳動物（圖片來源：natataek，採用  CC BY-SA 3.0  授權） 同性性行為一直是很多學科領域所關注的重點，這其中包含了心理學、社會學、生物學和演化學等。由於同性性行為無法繁衍後代，這在理論上而言是不利於演化的，但這樣的行為卻一直存在於大量動物物種之中，因此也一直有人認為這是演化論的悖論。 目前全世界有約1500多個物種被觀測到擁有同性性行為，這其中包含昆蟲、蜘蛛、棘皮動物、線蟲、魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類等動物界中的各個主要類群。而在這些類群中又以哺乳類為最常見到同性性行為的類群，為此有研究團隊打算以哺乳動物為切入點研究同性性行為對於生物的存續到底有什麼助益從而使其保留下來。

電子顯微鏡下的伊波拉病毒（圖片來源：Cynthia Goldsmith， CC0 1.0  公共領域） 在1976年非洲薩伊(現為剛果民主共和國)的伊波拉河附近村落曾經爆發過一種可怕的傳染病，受到感染的人會引發全身出血、發燒、心肌梗塞、多重器官衰竭等症狀。首位個案紀錄為一位名叫Mabalo Lokela的教師，起初誤以為是瘧疾感染，並使用奎寧注射治療，然而之後病情急轉直下，全身開始滲血，感染後在短時間內便死亡。在同一年，非洲的蘇丹也蔓延類似的傳染病。病原體後來發現是一種病毒，就以當初發現的地點來命名為伊波拉病毒，其造成的疾病稱做伊波拉出血熱。 一旦感染到伊波拉病毒，死亡率由百分之40至百分之90不等，甚至有時趨近百分之百。到了三十年之後的2007年9月，剛果民主共和國又再次爆發疫情。之後又再2014年1月西非的幾內亞出現數多病例，這次的疫情一直持續到2016年年初才減緩，且當時有訊息傳出病例不侷限在非洲的國家，在2014年10月期間，美國、德國、西班牙等境內都有出現病毒陽性反應的個案。隨後2018年至2021年也出現過幾波疫情，離現在最近一次是2

二氧化矽（SiO2）是地球上非常豐富的礦物資源，在地表的任何岩石與沙土中的成分佔比超過90%。人類不管在建築房屋、炸毀廢棄大樓、室內石材裝潢、製作石雕或陶瓷工藝品、炸山挖坑、牛仔褲製造廠的噴砂過程等等活動往往會暴露在二氧化矽的風險裡。二氧化矽的結構多變，根據結構差異，可分為晶體與非晶體（無定形）兩大類，晶體有更詳細的分類，包含α-石英、β-石英、α-鱗石英、β-鱗石英、α-方石英、β-方石英、莫甘石、柯石英等等。α-石英最具生物毒性，而非晶體則毒性最低，它的毒性並非是在我們體內會引起化學反應，反而是物理上的接觸所造成的傷害。為何一個我們日常所見的物質會對我們有傷害呢?不用過於擔心，地上隨便撿起的石頭不會對我們有影響，只有它變成粉末的形式吸入呼吸系統才會造成毒害，這也是我前面提到的建築、雕刻、轟炸、噴砂所出現的飛揚塵土才具有其危險性。當約莫在直徑5微米上下的二氧化矽顆粒吸入呼吸道時，非常容易逃過氣管與支氣管的纖毛攔截抵達肺部，最終導致矽肺病（silicosis）。 刻意讓牛仔褲質感粗糙的噴砂過程（感謝Munir uz ZAMAN提供）

條紋四鰭旗魚 Kajikia audax 是一種大型的掠食性魚類，是海洋中的頂級掠食者之一，擁有極快的泳速和細長尖銳的嘴巴，牠們在捕獵時常常成群結隊的出現，不過這樣的掠食行為卻產生了如何避免衝刺掠食時誤傷同類的問題。 目前我們已經知道群體掠食的條紋四鰭旗魚會輪流衝入魚群之中，並且每次都只會有一條發起攻擊而已，不過條紋四鰭旗魚又是如何協調攻擊順序以避免互相衝撞造成傷害？而就在今年一項新研究解開了這道問題。 來自德國柏林洪堡大學的Alicia Burns及其研究團隊研究條紋四鰭旗魚時使用無人機對其捕食行為進行攝影，結果當團隊在檢視影片時發現了，當條紋四鰭旗魚要發動攻擊時都會變亮，而攻擊結束時就會變回原樣，這說明了這樣的體色變化可能是為了互相溝通，告訴同伴自己要發動攻擊了。