撰文、圖片：曾庸哲助研究員（本院細胞與個體生物學研究所）
中研院的「海洋個體生理學實驗室」，位於宜蘭礁溪，也是本期開箱的實驗室中，距離南港最遠的神祕基地。裡頭聚集了一群對海洋生物充滿好奇與熱情的研究人員，還設有100噸、深達4米的巨型池！實驗室裡面在研究些什麼？為何要將基地建在宜蘭的臨海區域？需要坐船出海或潛水、與大自然搏鬥嗎？種種問題，就讓中研院細胞個體生物學研究所曾庸哲助研究員為大家親自揭曉答案吧！
不同胚胎幼體發育階段的萊式擬烏賊
當浪花潑灑在沙灘上，你是否曾好奇那些急忙躲進沙洞中的小動物們，怎麼能夠及時感知即將到來的浪頭？怎麼能夠知道該躲進哪個巢穴？怎麼能夠在陰暗缺氧的坑道中維持活力？我們位於中研院宜蘭礁溪臨海研究站的「海洋個體生理學實驗室」中，就聚集了許多對於海洋水生生物充滿好奇的「陸地生命體」——研究人員。
曾庸哲老師（左5）與海洋個體生理學實驗室成員
尋找海洋生物的生存之道
因為靠近海，所以研究團隊清楚了解：棲息在隨時面臨劇變的海洋水系統環境中，生物的生理機制永遠瞬息變換，細胞與核酸的調控經常沒有一定的規律。而生命來自於海洋，所以，實驗室人員嘗試運用各種研究策略，在各種「水生物」中，找尋一丁點可能的「潛規則」。
我在國立臺灣大學就讀博士班期間，使用水生動物的模式明星物種——斑馬魚，進行有關醣類穿膜通道蛋白的「顯學」工作。在退伍後，卻踏上另一條「非顯學」的道路，進入當時的德國萊布尼茨海洋科學研究所（IFM-GEOMAR），投入氣候變遷的研究範疇。
具有臺灣環境特色的研究對象
我們反思了過去百年人類文明與科學的發展，雖帶來進步，但也迎來了大自然的反撲。過去的生命體在地球長期相對穩定的環境框架下，演化出的細胞與分子調控規律及「遊戲規則」，在氣候與環境短時間產生鉅變後，會在人為操控與生物演進中消逝殆盡，抑或發展出另一套能夠隨環境變化自如、相異或者是趨同的「生物智能」及適應法則？
為了回答這樣的問題，我們的海洋個體生理實驗室，研究的物種不僅限於細胞分子平台發展穩定的模式物種，還有擁有高智能，被暱稱為「海洋靈長類」生物的「頭足類動物（烏賊）」，能在臭水溝小池塘淺灘地掙扎的魚類——「吳郭魚」，以及具備抵抗極端高硫、高酸棲地的甲殼類生物——「烏龜怪方蟹」這些充滿臺灣環境特色的物種。
高IQ的海洋靈長類生物——烏賊
海洋環境的酸化與氣候暖化，可能影響烏賊的胚胎發育、呼吸代謝，以及體液離子的平衡。中研院臨海研究站是全球少數可以進行頭足類生物跨世代養殖的研究單位，設有100噸、4米深的巨型池，從幼苗時期適口餌料的投餵，到成體時期交配空間的設計，為研究團隊提供了觀察頭足類動物成長與生活史、生理與行為反應的絕佳場域。
萊式擬烏賊在巨型池內產卵與護卵的行為觀察
餐桌上常見的吳郭魚
氣候變遷造成全球暖化，冬季寒流、低溫發生的頻率近十年來逐漸降低，研究團隊針對此現象，發現暖化現象會造成臺灣的養殖吳郭魚產生如同「溫水煮青蛙」的效應，魚類會逐漸喪失重要的代謝調整機制，一旦副北極效應造成超低溫的「霸王級寒流」來臨，魚類就會因為代謝失衡而無法及時進行生理調整，造成個體死亡。由於臨海研究站座落於宜蘭縣重要的「大塭養殖漁業生產區」，研究團隊從不同於以往在環境變遷議題運用數據模式模擬，可為臺灣本土的熱帶養殖魚種，提供實質的應用參考。
跨世代解析吳郭魚的代謝動態調整
每天泡湯的烏龜怪方蟹
烏龜怪方蟹棲息於龜山島東南側海底火山周邊，是一個高酸、高硫化物的極端環境，因此，棲息在此地的生物一定具備異於其他物種的生理適應機制。龜山島的海底火山生態系，也成為瞭解生物適應於各種環境緊迫的「天然實驗室」。由於臨海研究站緊臨烏石港，可做為前往龜山島進行海底火山生態系研究的最前端實驗單位，在海底火山取得的珍貴物種，如烏龜怪方蟹，也會被養殖在此進行各種生物實驗。
臨海研究站養殖系統內馴養的烏龜怪方蟹
包羅萬象的研究材料
這個年輕、非傳統生物實驗室的研究材料，不再只是關在標準化循環水架中的生物，研究設備也不限於以往實驗室必備的顯微鏡、微量注射、即時核酸定量與基因敲除設備等。還需要為了採集、養殖等工作，準備氣體鋼瓶、扳手、電纜、更多元的動物飼料、針對不同物質開發出特定的核酸萃取套組，還有從來沒有晾乾過的動物運送箱、活體代謝偵測槽，以及隨時準備出動入海的防寒衣。
水生動物泳動行為影像3D追蹤設備，包括鏡頭腳架、3D滑軌、雷射定位、光源校正等儀器。
3D追蹤影像之時間與空間整和數據分析示意圖，可了解水生動物泳動行為軌跡。
本實驗室成員，除了在實驗室中觀察顯微鏡、跑電泳、算數據、寫報告，更常出現在龜山島著名的牛奶海水下方17米處採集樣本、在臺南魚塭旁觀察動物進食、在屏東小溪邊頂著烈日撒網捕魚、在馬祖南北竿海域間捧著儀器進行生物水質勘查，或是出現在日本九州南方海域的研究船
上，一邊忍受暈船、嘔吐，一邊抽取來自樣本的核酸。
當動物從水下被捕捉上船，可以立即在研究船的分子生理室進行實驗操作。實驗室內除配有新鮮淡水、海水，可進行動物的短期馴養與環境適應實驗；亦配備低溫與極低溫冷凍設備。此外，實驗室內配置的電源、光源、與供氣系統穩定，可提供呼吸代謝生理與生化分析實驗長時間的操作，所得的第一手動物基礎生理反應數值也較為穩定可信。
在日本科學研究船「南星丸號」內，即時進行動物生理檢測。
因為研究對象不再只有動物，而是環境與生命體共存的「共生體」，實驗室的工作也就不再只是將動物從水中撈出來，放在顯微鏡下觀察，那些圍繞在動物週邊環境的水、底泥石塊、細菌，全成了這個實驗室的樣本。研究人員除了要懂得分析水中各樣指標，包含：溫度、酸鹼值、溶解碳、溶解氨等例行公事，還要了解動物在不同環境中的行為、代謝方式，因應環境變化而存放在細胞轉錄體與修飾區位的特徵也要一併了解。最後這些龐大又充滿不同性質的數據，會藉由機器學習來進行深度解析，產出最後的研究結果。
找出生命的無限可能
從現今已出版的研究報告中可以得知，有些動物得以在細胞層次適時地進行代謝與體液離子的生理調整，但環境波動一旦失序而超出生物細胞耐受度，那些生命體演化過程發展出的「潛規則」將不再適用，某些物種也許將消失或被迫遷移離開棲地，造成生態系統的失衡。
而研究團隊的工作就是：了解生物耐受的界線為何、生命體展現出的可塑程度，或是因應環境變遷可能演化出哪些「新規則」。這些環境與生命體的交互關係，或許就是地球永續發展的關鍵密碼！
延伸閱讀：
．〈世間險惡！海洋生物透過「代謝能力」保小命〉，「研之有物」
（https://research.sinica.edu.tw/marine-organismic-physiology-yctseng/）