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2017-06-01小鰻魚苗如何在茫茫大海中找到尋根之路？─地磁可能是一個重要的關鍵
570 期
Author 作者
林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，本刊總編輯。
鰻魚的迴游
現在多數人對鰻魚的主要印象大多來自於香噴噴的鰻魚飯，但在美味可口的背後，鰻魚的一生仍有許多有趣的未解之謎。鰻魚與鮭魚是動物界著名的洄游性魚類，兩者的一生都注定了一趟壯遊，不過牠們漂泊的方向則是恰恰相反的；鮭魚的一生開始於淡水河流，體型稍長之後便游入大海，然後在盛年之後歷經千辛萬苦回到了出生地，完成傳宗接代的任務之後力竭而亡，鰻魚的生命歷程則是始於大洋的深處，然後所產生的幼苗以浮游狀態回到陸棚的沿岸地區，後溯溪進入溪流，在溪流中渡過數年的成長期，然後再返回海中的產卵場完成傳宗接代的任務。目前科學家相信，臺灣常見的日本鰻鱺（Anguilla japonica）產卵場在馬里亞納海溝的西緣，位於關島附近的水域，而美洲鰻鱺（Anguilla rostrata）與歐洲鰻鱺（Anguilla anguilla）則以馬尾藻海（Sargasso Sea）為主要的產卵地，著名的百慕達三角洲便位於馬尾藻海的西緣。
成鰻回歸產卵地的研究
如果說自然界的鮭魚返鄉是一部壯闊的史詩巨片，那鰻魚的洄游無疑是一部懸疑劇。多年以來，為了獲得鰻魚洄游回到產卵地的確實證據，科學家們運用了許多生態學研究的方式，例如綁上不易損壞的號碼牌與聯絡資料，讓日後捕獲該魚的漁夫得以通報位置的繫放法，到最近因為電子科技的進步得以實現的GPS 定位與訊號發送的技術。不過即便如此，這樣的實驗仍然具有相當的難度，例如，即便足以洄游的鰻魚均已成年，它們的體型仍僅約在3~5公斤之間，想要在不影響鰻魚洄游狀態下 獲得鰻魚位置的資料，需要縮小發報機的體積直到鰻魚可以攜行的標準，並且需要克服鰻魚在深潛狀況下無法進行定位以及訊號發送的問題。先前的研究也發現，鰻魚洄游過程其實佈滿殺機，以美洲鰻為例，洄游旅程當中會通過鯊魚出沒的區域，讓研究增添更多的挑戰。直到2016年，一組加拿大的研究團隊在花費相當的經費與時間後，才成功實現鰻魚洄游的衛星標定技術，成功追蹤一隻美洲鰻鱺回到產卵場──馬尾藻海附近水域，這隻重量約3公斤的年輕鰻魚，一共花了45天的時間，游了近2400公里左右的距離。這項實驗驗證了先前科學家們的假設，成年鰻魚的確有能力可以回到產卵地，來達成傳宗接代的任務。
鰻魚苗的尋根之旅
鰻魚在產卵地產卵的真實狀況目前所知甚少，然而從一些觀察當中仍可以透露出一些端睨，例如從鰻魚苗的捕撈經驗來說，魚苗的出現是成批的，暗示著鰻魚在產卵地的交配行為有同步化的趨勢，成年的鰻魚可能隨著月週期舉行難以想像的巨型派對，然後同時產下數以兆計的鰻魚卵。鰻魚卵在孵化後會呈現葉子狀的特殊形態，這種我們稱為「柳葉鰻」的幼苗會隨著洋流以蜉蝣狀態進行海上漂流，大約經過數個月的時間從產卵地抵達大陸棚沿岸，此時的鰻魚苗會進化成為透明線型外觀的「玻璃鰻」，這就是漁民於每年東北季風來臨之際在海邊辛勤捕撈的鰻苗。
地磁是鰻魚尋根之旅的關鍵
前述的故事雖然合於邏輯，但有些重要的細節顯然仍缺乏合理的交代。譬如即便洋流是鰻魚幼苗長途旅行的主要疏運工具，不過洋流本身無法進行「戶對戶（door to door）」的服務，在關鍵時刻，還是需要靠自身的力量把自己推向目的地。重點是，鰻魚苗要如何知道「關鍵時刻」的到來，科學家們提供了許多種版本的假設，其中一種假設認為，鰻魚苗具有地磁的感受能力，並且具有「磁場地圖（magnetic map）」這種源自演化上的記憶，當鰻魚苗感知磁場接近的狀況，就會喚起鰻魚本能地進行某些行為因應。對於脆弱的鰻魚苗而言，擁有磁場地圖的能力顯然是重要的，唯有在對的時間上使盡全力，才能增進族群繁衍的機率。
在近日發表於《當代生物學》（Current biology）的一篇文章當中，一組由美國北卡羅來納大學教堂山分校 （Chapel Hill），邁阿密大學與瑞士相關研究機構所組 成的跨國研究團隊，嘗試探討鰻魚幼苗是否具有感受地磁的能力，並探討地磁上的細微變化是否影響牠們的游泳行為模式？這個研究團隊設計了一個相當特別的實驗設施，這個被稱為「競技場（arena）」的裝置是由一個25公分直徑的中心圓柱形壓克力盒以及外圍環繞於中間的12個小隔間所組成，每一個隔間大約可代表羅盤上的30度方位角，中間區與周邊的隔間具有活門供實驗操控。這樣的研究裝置可以在海洋下不同的深度狀態下進行實驗，這些科學家們便坐著海洋研究船，循著歐洲鰻鱺遷徙的路徑，分別選在百慕達三角洲附近海域，大西洋西北部與北部海域，利用這樣的裝置在海面下進行相關的研究。
研究團隊原本的預想是，鰻魚苗是具有地磁感應力的，這個地磁感應能力具有導航上的指標，而讓鰻魚苗能夠朝向目標區前進。然而實驗的結果有些出人意表，科學家們的確發現鰻魚苗似乎具有感地磁變化的特殊能力，在不同地理位置下呈現具有特定方位的游泳行為，不過這些鰻苗的游泳方向跟原本的預期相去甚遠，在方向上近乎轉了180度，這點讓參與的科學家們不解。透過海洋數學模式專家的協助，這項謎團終究獲得了解答。透過電腦模擬，科學家們了解，也許這些看似莽撞的行為對魚苗而言反而是個明智的選擇，讓它們具有更高的機會進入到環繞於墨西哥灣後北上的大西洋環流（Atlantic current），讓這些歐洲鰻鱺的幼苗搭上便車，能更快速的到達歐洲。
生命科學的研究其實是需要建立在研究數據的累積，有時候實驗的假設跟後續的結果會有相當的出入，但就是因為如此，從事科學工作才會是有趣而充滿挑戰的工作，也因如此，我們更需敬天畏地，常保謙虛之心。
延伸閱讀
1. Lewis C. Naisbett-Jones et al., Magnetic Map Leads Juvenile European Eels to the Gulf Stream, Current Biology, Vol. 27: 1236–1240, 2017.
2. Elizabeth Pennisi, Young European eels may use magnetic fields to guide them home, Science, 2017.