生命科學

為海洋生物的基因定序

海洋基礎掠食者的基因大普查

撰文/利德(Christina Reed)
翻譯/陳儀蓁

生命科學

為海洋生物的基因定序

海洋基礎掠食者的基因大普查

撰文/利德(Christina Reed)
翻譯/陳儀蓁

水母的親戚「管水母」其實是一種群聚動物。其中有些個體負責吸引並螯傷獵物;有些則負責讓群體往前推進。這種生物以至所有海洋生物的基因,可能將於2010年完成定序。


前陣子美國康乃狄格大學的生物學家,想要把他們實驗室中價值8萬5000美元的DNA定序儀,帶到大西洋的藻海,這項決定引起了製造商「應用生命系統」的反彈。他們的保證書中並不包含海洋探險這一項。就連由解開人類基因組著稱的凡特(J. Craig Venter),也是先將採自藻海的微生物樣本冷凍,回到岸上再進行定序工作。他的研究結果顯示,百慕達附近平靜海洋的表面海水,富含遺傳物質。而康乃狄格大學的生物學家,除了研究微生物以外,則想要深入海洋更深處,也一窺食物網底層的動物多樣性。而帶著定序儀在海上工作,則能得到最佳的結果。


這些研究人員都隸屬於「海洋生物普查」計畫,這是由海洋生物學家組成的國際網絡,他們從2000年開始執行一項任務,希望能在2010年以前鑑定出所有的海洋生物。為了達成這項任務,伍茲赫爾海洋研究所的韋伯(Peter Wiebe)發明了一種過濾系統,用細密的網子來做深海拖網。在工作船上,美國海洋暨大氣總署的布朗(Ronald H.Brown)、首席科學家韋伯及他的團隊,便使用這種漁網裝置在藻海中搜尋。而剛出廠沒多久、重達140公斤的DNA定序儀,則用高強度彈性繩索繫在空調室內。這項探險是科學家首次深入5000公尺以下的海底鑑定海洋動物,並在船上找出這些動物的遺傳標記(或稱「條碼」)。


今年5月15日,康乃狄格大學海洋科學暨科技中心的主任巴克林(Ann Bucklin),在荷蘭阿姆斯特丹發表了初步成果。她表示,經由這項研究所獲得的基礎資料,將是未來測量污染、過漁、氣候變遷、人類活動如何影響浮游動物及其環境的依據。


在20天的探測中,來自14個國家的28位專家,採集了1000份標本,其中包括120種魚類,一些科學上的新物種,以及數百種浮游動物。浮游動物是在海中漂浮與移動的動物,位在第一線攝食藻類及浮游植物。牠們也會吃掉同類,有些甚至可以攻擊較小的魚類。許多成年後附著在海底的生物,牠們在幼蟲時期是以浮游動物的型態生活。任何影響海中浮游動物的事件,都會立即牽連到海洋食物網其他的部份。


為了檢驗採集到的生物,海洋科學家會馬上用清水沖洗黏糊糊、半透明的生物團,將牠們從過濾裝置倒入冷水桶,盡可能讓動物繼續存活,以供鑑定。這類食植動物絕大部份都能適應水壓的改變,牠們可以在白晝時下沉數百公尺;到了夜晚,牠們又上升到接近海洋表面的地方覓食,在斜溫層小心翼翼的遊走(斜溫層是介於冰冷的深層海水與溫暖的表層海水間的分隔地帶)。然而周圍溫度一下子從接近冰點變成洗澡水般溫暖,就會殺死這些對溫度非常敏感的生物。


當這些動物死亡,身體就會因為體內蛋白質與DNA的分解了,而喪失原有的體色,變得不透明。大部份從深度1000公尺內採到的浮游動物,都是科學家已知的。不過這次科學家從海洋表面開始探測,每深入1000公尺,就收集一次經過水體的樣本。


在這次探險中,分類學家肩並肩在顯微鏡前工作、分子生物學家在旁準備定出物種的DNA序列,可說是前所未有的景象。康乃狄格大學的博士後研究員詹寧斯(Rob Jennings)表示:「過去這些技術從來沒有整合在一起,也代表採集來供鑑定用的生物個體,保存方式常常不容許萃取DNA。」這次探測讓這種情況改觀。詹寧斯補充說:「訓練科學家同時熟悉傳統分類與DNA分析,是這次計畫的首要目標之一。」


「海洋生物普查」科學家在4月30日返回港口時,就已經鑑識出500種動物,並為其中220種貼上遺傳「條碼」。他們希望到了2010年,能夠為6800種已知的浮游動物,以及許多未發現物種貼上條碼。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2006年第55期9月號】