撰文：馮加伶（本院國際研究生學程博士生）
提到「海洋」，你可能會想到湛藍的大海、白色沙灘和綠色椰子樹，最好再來杯沁涼的飲料，讓人心情愉悅。而在中研院，竟然有研究工作是每天投身大海懷抱，享受海洋生物的環繞。這樣結合海洋與研究的工作，乍聽之下相當夢幻，但是否真如此享受且輕鬆愜意？就讓編輯團隊帶大家來開箱本院生物多樣性研究中心野澤洋耕研究員的「珊瑚礁生態實驗室」吧！
居住在珊瑚礁生態系中的物種，像是海膽、綠蠵龜及珊瑚礁魚類，都是實驗室的研究主題。（馮加伶攝）
蔚藍大海就是我們的「研究聖地」
大家是否曾去過海邊或小島度假放鬆呢？對「珊瑚礁生態實驗室」的研究團隊來說，這些都是我們進行生態調查的工作場所。幾次往臺東富岡漁港搭船的路上，司機都會問要去綠島還是蘭嶼「玩」？我們總要解釋並不是去玩，而是去做海洋研究，尤其當他們聽到研究人員除了會做研究，還要具備潛水能力後，更對我們的工作感到好奇且不可思議。
大海就是我們的實驗室（馮加伶攝）
「海洋」與「研究工作」的夢幻組合是如何開始的？就要從實驗室主持人野澤洋耕與海洋的相遇說起，野澤老師在日本沖繩讀大學時，接觸潛水與海洋研究，開始對珊瑚礁情有獨鍾。來到中研院之後，開始探訪臺灣各處潛水點。當時國內珊瑚生態研究和監測多集中在墾丁，而交通較不方便的離島——綠島和蘭嶼，相對沒有太多學術資料，不過這兩地珊瑚覆蓋率高，加上黑潮經過帶來清澈的海水和珊瑚種源，有著豐富的珊瑚礁生態。
因此，野澤老師選擇在綠島進行珊瑚生殖的研究調查，同時也在蘭嶼和墾丁進行長期珊瑚礁生態監測。並且希望透過國際合作將研究的地理範圍擴大至日本、菲律賓、馬來西亞、泰國、越南等地，希望能近一步瞭解西太平洋的珊瑚族群數量和群落動態。
除了珊瑚，在有著不同專長背景的成員加入實驗室之後，研究對象的多樣性也越來越高，居住在珊瑚礁生態系中的物種，像是海膽、珊瑚礁魚類及本文另一個重要研究對象——綠蠵龜，也都是我們想深入瞭解的主題。
收集大量資料所需的神兵利器
生態研究為了有效記錄、分析大量圖片及數據資料，需要許多工具來幫忙。實驗團隊最常使用的器材一定就是「相機」了！從戶外極限運動者幾乎人手一台的運動攝影機、防水相機、 HDR數位錄影機，到能拍出高畫質又變化性高的微單眼相機等。這些裝備再加上防水殼、微距鏡和閃燈後，不論是微小的珊瑚蟲，或者廣闊的珊瑚礁，通通都能拍得一清二楚。而相機家族中的新成員是空拍機，用來從海面上記錄大型海洋生物的出沒地點和數量，並從相關的影像資訊推算海洋生物的體型大小。
珊瑚從口將精卵束擠出來，使用水下相機搭配微距鏡，還能拍出卵子（紅色）和精子（白色）的細節。（馮加伶攝）
其實對研究過程而言，清晰的「影像收集」只是第一步，回來之後的資料整理和分析才是另一個重頭戲。例如要製作能提供更多細節、可用於精細測量的珊瑚礁樣區3D地圖，我們會用3D模型製作軟體（如： Agisoft Metashape）進行影像合成，把用GoPro拍攝的幾分鐘影片，分割成數千張甚至上萬張照片，再將影像重疊處合併建構成3D立體模式，再慢慢增加表面質地和細節。製作一張3D圖所耗費的時間，從數個小時到一整天都有可能！
大家較少見的器材可能就屬號稱「水中皎龍」的「潛水專用電鑽」，電鑽夾頭可依需球外接起子、鑽孔鑽子或是洗洞鑽石頭等，讓野外實驗的設置和採樣變得更有效率，可以說是珊瑚礁調查實驗室必備的得力助手。
水下電鑽可用來採樣和架設實驗器材（蘇淮攝）
另一個特別的實驗用品就是「水位計」，長約15公分，有著銀色金屬外殼的棒狀物，能夠感應氣壓和溫度，內建記憶體，可以設定資料紀錄頻率，再透過軟體讀出，並將氣壓換算成水位深度的變化。「水位計」本身的功能並不特別，特別的點在於我們使用的方式。當研究團隊在做珊瑚礁底質調查時，會利用「水位計」紀錄珊瑚礁表面的複雜程度。用繩子綁住水位計的一端，讓它自然垂下，潛水員會拎著繩子慢慢前進，讓「水位計」貼著珊瑚礁表面跟著上下移動，把珊瑚礁的側面線條轉換成深度變化的資料。
介紹完研究的必備工具，接下來帶讀者認識我們的研究對象——珊瑚與海龜。
研究團隊期待的魔幻時刻——珊瑚揪團來產卵
每年的四、五、六月，是調查綠島珊瑚產卵的關鍵時期。根據每次實驗目的和設計，每天通常都會潛水三至四次，包含採集實驗要用的珊瑚樣本、架設野外實驗所需道具，或者做珊瑚生殖腺成熟度的普查，還有夜間潛水——是觀察珊瑚「集體產卵」的魔幻時刻！
如何知道珊瑚什麼時候要產卵？「海水溫度」是促使珊瑚生殖腺成熟的先決條件，如果溫度足夠，生殖腺就會逐漸成熟，從白色變成粉紅、橘色、綠色等不同顏色。如果已經有成熟的生殖腺，那這株珊瑚在當月產卵的機率就很高。在做珊瑚生殖成熟度確認時，研究人員會輕輕地將珊瑚敲出一個小洞，檢查剖面，並觀察珊瑚蟲體內生殖腺的顏色來判定成熟度。
有著成熟生殖腺的軸孔珊瑚，粉紅色點點即為珊瑚的卵。（馮加伶攝）
在南臺灣，大部分的珊瑚都在四、五月時成熟，接著在滿月過後的第二天到第八天晚上同步排精排卵，有些雌雄同體的珊瑚則會把精子和卵子包在一起，變成「精卵束」再釋放出來。為了確認珊瑚產卵的種類和時間點，在預產期那幾天的晚上，研究人員都會待在冰冷的海裡等待並拍照記錄，長期累積下來，才能更瞭解珊瑚的產卵時間點。
正在釋放精卵束的軸孔珊瑚。（馮加伶攝）
來自月光的召喚！珊瑚同步產卵的調控機制
自從1980年代中期學者記錄到珊瑚大規模產卵之後，也越來越人關注珊瑚產卵的現象，但是直到最近，調控珊瑚同步產卵時間點的機制才逐漸被解開。透過長時間的野外觀察、野外實驗和水缸實驗，研究團隊發現在滿月過後，太陽落下到月亮升起之間的「黑暗期」是觸發環菊珊瑚（Dipsastraea speciosa）產卵的環境誘因。在實驗中，當實驗組珊瑚的夜間光源被連續阻斷四天後，就會誘發實驗組珊瑚在第五天晚上產卵。
野外實驗組利用不透光鋁箔罩阻斷月光，室內水缸組則用白色微光LED燈控制光源，無論野外或室內水缸的珊瑚都會在實驗開始後第五天和第六天產卵。此結果顯示滿月之後出現連續四天的黑暗期會觸發環菊珊瑚產卵。圖片來源： Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(34), e2101985118, Lin et al. (2021). DOI:10.1073/pnas.2101985118
在自然界中，滿月過後的月亮會在日落之後才升起，而且依照月亮週期，月出的時間每天會延後50分鐘，因此日落月出之間的黑暗期會逐漸延長，我們推測這種每日逐漸增強的訊號，會使珊瑚偵測到正確的產卵時間並進行同步產卵。
除了環菊珊瑚，還有其他種類的珊瑚也有相似的產卵模式，牠們是否也有相同的產卵機制？這也是研究團隊接下來想要回答的問題。
海龜，你的名字是？結合公民力量進行「戶口普查」
相較於在海洋較深處、不太移動的珊瑚，要研究成天游來游去的海龜可就沒那麼容易。當研究團隊要調查海龜在覓食棲息地的數量和行蹤，會用浮潛的方式觀察在近岸覓食或休息的海龜，再慢慢接近、拍攝海龜的左右側臉和全身照。因為每隻海龜臉上的鱗片花紋都不同，加上是長期穩定的形質特徵，適合用來做個體辨識（photo identification）。
透過這種方法，研究人員就能在不碰觸海龜的情況下進行族群生態研究，也很適合發展成公民科學計畫，邀請大眾一起參與。所以研究團隊也跟公民科學家合作，透過社群平台收集海龜的目擊回報，用左、右臉特寫和全身照辨識海龜種類和個體，加上目擊地點和時間資訊，就能幫助我們了解臺灣沿近海域海龜的分布和數量。
臺灣近岸海域的海龜分佈圖。圖片來源：《海龜點點名》，馮加伶。
公民科學家的回報以水下目擊活體為主，目前已記錄到742隻不同個體的海龜，而小琉球、墾丁和綠島是最容易目擊海龜的地方，種類以綠蠵龜為主。這些海龜中大約有40％會在這些地方定居超過一年，其中的62％為體型較小的青少龜，表示臺灣近沿岸是綠蠵龜成長發育的覓食棲息地。
瞭解野生動物的分布和數量是評估族群狀態的第一步，但海龜如何選擇棲息地？牠們對棲息地有多忠誠？又有哪些有趣的行為？還有很多好奇的事，研究團隊希望能透過長期研究，慢慢地解開謎團。
在水下遇到海龜時，記得先稍微放慢速度、觀察海龜的反應、尊重海龜的舒適圈，才能緩緩地拉近與海龜的社交距離。圖片來源：蘇淮。
守護珊瑚與海龜的家
雖然研究過程看似有趣，又可以徜徉在美麗的大自然中，但背後也有許多不為人知的辛苦。夏天時忍受烈日曝曬，冬天時又得冒著凜冽寒風，泡在冰冷的海水裡，一待就是好幾個小時……可能已經讓你對這份夢幻工作的想像幻滅。但更重要的是，我們希望大家不僅了解研究人員的辛勞，更需要重視氣候變遷與海洋污染的問題，一起珍惜海洋，守護珊瑚與海龜的家。
延伸閱讀：
．〈珊瑚為何會同時間大量產卵？關鍵在日落到月昇的黑暗期！〉，「研之有物」
（https://research.sinica.edu.tw/mass-coral-spawning/）
編按
本文作者馮加伶為野澤洋耕老師的助理，又稱「海龜姊姊」，長期從事海洋研究及海龜保育，除了經常受邀科普演講，也藉由其經營的粉絲專頁，於社群平台號召民眾一起來紀錄海龜生態，建立屬於臺灣的海龜臉譜！