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DNA龜蹤鑑證

DNA龜蹤鑑證--- 拯救瀕危新出路

隨著人類社會發展,大自然亦不斷付出代價。世界自然基金會指出,過去半世紀,全球動物數量平均下降近七成。因此,相關的保育工作必須加快、彌補損失。

雖然香港是發達社會,但亦有不少稀有和瀕臨絕種的動物存留。嶺南大學科學教研組副教授方健恩的研究團隊利用以DNA鑑證為基礎的技術,研究及保育瀕危生物。

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龜類面臨的危機

在亞洲社會,陸龜與淡水龜常用於食用、傳統藥材、裝飾品和寵物等用途。由於龜類的繁殖率偏低,過度捕獵龜類作以上用途為牠們的生存帶來最嚴重的威脅。

此外,龜亦是亞洲非法貿易市場的受害者。在寵物市場,一些稀有品種的野生龜價值可高達數萬港元,成為部分人的炫富工具。亦有商人用作配種,使牠們變成搖錢樹。

亞洲龜類面對生存危機,部分更有滅絕可能,拯救刻不容緩。

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保育香港原生淡水龜

香港雖然是「石屎森林」,猶幸有一大片受保育的郊野公園作城市後花園,亦有不同河溪、沼澤,且由許多島嶼組成,這些天然因素有助維持高生物多樣性。

香港共有5 種原生品種淡水龜 ,分別為:烏龜、三綫閉殼龜/金錢龜、眼斑水龜、水魚、平胸龜/大頭龜/鷹嘴龜。點擊以下圖片逐一認識牠們吧!

除了不法之徒的濫捕販賣外,香港的龜類亦面臨外來品種的威脅,如:紅耳龜 (Trachemys scripta elegans)。牠們多因宗教放生或棄養而被放到大自然,與本地品種爭奪資源,破壞生態平衡,結果令原生品種的數量逐漸衰減。

雖然眼斑水龜和大頭龜頗為長壽,但由於繁殖周期漫長以及上述威脅,牠們已被國際自然保護聯盟列入為瀕危物種紅色名錄,屬「瀕危」及「嚴重瀕危」級別,反映了牠們面臨絕種的風險。雖然這兩種龜類非常罕有,但香港難得地能同時發現牠們的踪影,為方教授和他的團隊製造了特別的機會,研究並找出保護牠們的方法。

傳統研究方法

研究香港野生淡水龜的第一步是先找到它們。以往的尋找方法是「放籠捉龜」,但這方法既費時,又疲累,有時更會為研究人員帶來危險。「放籠捉龜」需時兩天,是一個利用龜類作為夜行動物,習慣於晚上尋找食物和同伴的特點來捉龜的方法。第一天,研究人員在山澗溪流附近遠足並將放有誘餌的捉龜籠放入水中,第二日再折返並收集龜籠和烏龜。由於路程長又崎嶇,他們每趟只能在一至兩個地點設籠。這一切勞碌的工作並不保證能夠成功捉龜。曾經,方教授和他的同事用了一個月時間在廣東省放置龜籠,最後只捉到四隻。

為了更有效地尋找和研究香港的野生淡水龜,方教授的研究團隊開發並試驗了一項以環境DNA為主軸的全新方法,協助找尋龜類。

環境DNA---香港龜生存的證據

刑事偵緝題材的電影經常強調,即使不能在罪案現場就地緝拿兇手,環境證供有助追尋真相。同樣道理亦可應用於香港野生龜種群的研究。生物會在環境留下基因,例如皮膚、配子、糞便、血液等,能證明牠們曾經出現過。這稱為「環境DNA」。

「環境DNA」, 簡稱eDNA。我們周遭的環境(如:空氣、水、土壤)都存在著不同生物釋出的細胞,當中就包含其DNA。「環境DNA」就是指可從土壤、河水甚至空氣等各種環境樣本中收集生物DNA,而非從生物身體直接取摘樣本。外國的研究亦證明,「環境DNA」有助尋找包括龜在內的多種水生脊椎動物。

研究團隊到達現場後,他們會收集一公升水樣本放入無菌容器中,即場或待回到實驗室後過濾水樣本,然後透過聚合酶鏈鎖反應技術將 eDNA放大。eDNA技術可以用來找出水中的有機體多樣性,例如植物、真菌、動物、細菌。在合適的條件下,甚至可以估計每種有機體的數量。

即使看不見該生物,我們能透過eDNA研究牠們。這對於研究罕有和行蹤神秘的物種非常重要,不過eDNA並不能解決所有問題,很多研究仍然需要捕捉到生物才能進行。我們可以透過eDNA快速和有效率地分析生物在某個地方出現過的機率,從而提升傳統放籠捉龜的成功機會。

龜的進化和基因

保育工作的另一重點是識別每個物種。我們可以透過DNA估算兩個不同生物的親緣關係,以及他們是否是不同的物種。 方教授和他的團隊的另一個項目是研究香港物種的遺傳學,特別是兩棲動物和爬行動物。 例如,大頭龜分佈於中國、越南、老撾、柬埔寨、泰國和緬甸。 通過使用 DNA 數據,我們可以了解物種在不同國家的數量是否相近。 如果數量不同,我們則需要努力保護所有種群的數量。

這項工作是與方教援與同屬嶺南大學的宋亦希助理教授合作完成。宋教授研究香港龜的生態近10年。在此期間,他收集了數百個可用於 DNA 研究的組織樣本, 從細胞中提取 DNA 並測定其序列,然後比較每個有機體。為了從其他國家獲取樣本,方教授和宋教授正與東南亞的其他龜類研究人員合作,並使用世界各地博物館收藏的標本樣本,他們共收集了數百個樣本用於這些研究。

這項研究有幾個實際的保育用途。 首先,可以協助確定走私動物的來源,讓牠們返回自己的國家。 此外,許多瀕臨滅絕物種都是人工飼養的,往後可以將牠們釋放回野外。DNA 數據亦可以幫助確定哪些物種可以一起繁殖,以維持健康的種群。而當某些種群被判斷為「非常不同」,研究人員便需要識別一個新物種。

研究進展

團隊希望透過eDNA研究,了解香港的淡水龜和外來龜類種群的分佈。經過連番努力,研究團隊已成功發展「環境DNA」技術,並找到兩種本土龜類:大頭龜和中華鱉,及一個外本品種:紅耳龜的行踪。

港人熟悉的紅耳龜為北美洲原生品種。牠們是雜食性動物,適應新環境的能力很強,經常與本土物種競爭生存空間。由於棄養寵物和佛教放生,香港的棲息地已經被紅耳龜入侵。本地物種有機會因與紅耳龜競爭而受到負面影響。方教授和他的研究團隊使用「環境 DNA」追踪紅耳龜散布情況, 了解牠們對本地品種所造成的影響。

此外,團隊連續三年,每年四次收集了香港近40個河流及湖泊四季的水和泥土樣本。團隊希望邊個對比結果,了解不同季節和變化的環境因素如何影響eDNA在水中留存的情況。至2021年,團隊已覓得超過500個樣本用於此研究。

公民科學 人人參與

「環境DNA」在水中留存的狀況會受溫度、酸鹼度和水流速度影響。高溫和低酸鹼度會令DNA受損,減低它們出現在水中的機會。雖然「環境DNA」技術有局限,但其優點之一就是普羅市民也能收集樣本,為研究作貢獻。於研究中加入非科學家的大眾參與,稱為「公民科學」。

研究團隊將「公民科學」理念帶入是次龜類eDNA技術研究,協助研究同時,將科研推廣給普羅大眾。方教授特別廣邀大學生和長者參與樣本收集,並向他們提供專用容器和溫度酸鹼度檢測儀。參與者接受訓練後,便能收集水樣本用於研究。他們的貢獻亦促使了研究計劃的成功。

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應用「環境DNA」更有效快捷地整理香港野生淡水龜種群的行動軌跡,點撃以下字詞逐一了解「環境DNA」的重要性吧!

數據共用

研究團隊與漁農自然護理署共享透過「環境DNA」得來的野生種群位置數據,以便當局可更好地監察龜種生活狀況,防止非法狩獵行為。

拯救走私龜

團隊期望通過DNA識別走私動物的來源地,並協助牠們返回自己所屬的自然生態環境。

保育其他物種

是次研究雖然集中於龜類,若果我們能夠保育龜類及其生境,生活在同類環境的其他物種亦可從中得益,更有助於使郊野公園的棲息地保持自然。

社區教育

研究計劃亦培訓學生作公眾保育宣傳工作。學生與公眾一同實地考察,透過觀察野生龜在郊野公園內的活動,培養保育意識。

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研究之路

領導研究團隊的方教授,主力研究亞洲兩棲動物和爬行動物的進化和生態,包括香港獨有的盧文氏樹蛙。方教授成功建立香港兩棲動物自然歷史庫,收藏逾超過550 個兩棲及爬行類動物樣本。一齊了解他作為研究員的抱負:

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共勉

於美國成長的方健恩教授,在父母及師長鼓勵下,培養出對大自然的好奇心,促成他成為推動保育的科學家。

研究的成功是團隊努力的成果,並取決於政府官員、非政府組織和其他科學家的合作。此外,研究還涉及聘請和培訓學生。像方教授的導師一樣,方教授希望為年輕科學家提供機會,讓他們探索興趣並於該從領域展開事業。令他高興的是,他的幾位研究助理都選擇從事科學行業,並繼續修讀生物學研究生課程。

研究工作雖令人陶醉,但也會有困難的時候。「如容易早就有人做了!」推動他解決難題的正是自己對工作的興趣與動力,以及影響社會的渴望。他寄語有意投身研究的年輕人:「科學研究永不會完美,問題依舊會出現,科學研究正是要從錯誤中學習。研究旅程可能是孤獨卻不孤立,一代又一代的科學家在過去的研究基礎上繼續創新,期望造福後代。作為研究員,應不忘享受當下。」