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計畫名稱：

展場生物及環境科學

研究人員：

陳德豪(計劃主持人)、李宗賢、柯風溪、蔡明安

子計畫：

• 1.海洋新興汙染物之生態毒理研究 (陳德豪)
• 2.白鯨聲學與生理研究 (蔡明安)
• 3.瀕危海龜纖維乳突瘤流行病學研究 (李宗賢)
• 4.持久性有機污染物之海洋生地化研究: 海洋垃圾塑膠微粒 (柯風溪)

計劃說明：

海洋中的新興汙染物(emerging contaminants)範圍相當廣泛，從環境荷爾蒙到塑膠微粒都是社會及學界關注的議題，研究成果同時具有學術及保育價值，並可提供為科普教育的素材。海洋汙染物可能會造成海洋野生動物疾病，也可能危及本館展場生物的健康。野生動物疾病對於瀕危海龜的保育日漸受到關注，但許多疾病的發生與成因和環境影響大多仍是未知的。海龜纖維乳突瘤症最早在1930年代於佛羅里達被發現於綠蠵龜身上。該疾病的真實病因為何迄今仍未被確定。隨著近年來的分子生物學研究結果顯示，該疾病的發生可能跟Chelonid herpesvirus 5 (ChHV5)的感染有密切的關聯。該疾病雖然在世界各地許多區域有被報導，但在亞洲方面則是非常罕見，包含臺灣，並未有相關紀錄記載關於從罹患該病的海龜其腫瘤組織中偵測到ChHV5的報告，因此進行臺灣罹患該疾病海龜的研究將有助於我們對該疾病的了解。

此外，為了解白鯨於圈養環境下之生理與心理相關影響，監測分析環境中背景噪音與白鯨叫聲可用於環境聲響調整、訓練方式調整、及環境豐富化的成效評估，緊迫賀爾蒙分析亦可作為白鯨生理健康的指標，以維護圈養動物之動物福利，進而達到展示品質與動物福祉兩全兼顧之效果。細胞激素是功能性免疫系統的重要一環，因此具有成為動物健康重要指標的潛力。由建立的探針定量反轉錄聚合酶鏈鎖反應法分析可精確並可靠的檢測和定量六種免疫相關基因（IL-2Rα，IL-4，IL-10，IL-12，IFN-γ和TNFα）以及兩種參考基因（PGK1和RPL4）。此法具鑑別因健康問題所引起免疫狀態異常的潛力。此外，瞭解圈養鯨豚的免疫狀態有助於訓練師和獸醫在疾病發生前給予預防性處置。

計畫內容：

子計畫

壹、海洋新興汙染物之生態毒理研究 - 陳德豪
一、計畫緣起
本實驗室之研究方向為水生生態毒理學（aquatic ecotoxicology），主要研究環境污染物（特別是環境荷爾蒙及新興污染物）對水生生物的影響。我們主要研究環境荷爾蒙及其他新興污染物在環境濃度下對魚類的亞致死效應（sublethal effects），包括對生長、發育、生殖、生理以及行為的影響。本實驗室最主要之研究特色在強調動物行為學在生態毒理上的應用，亦即行為生態毒理學（behavioral ecotoxicology）。行為是動物內在及外在因子交互影響下的綜合表現，並可連結體內的各項生化及生理反應。如果暴露環境污染物會改變了這些行為的正常表現，就有可能危及個體適存度，甚至影響族群狀態。由於行為可以連結生理及生態，因此在生態毒理學研究中具有重要的生物學及生態學意義。許多環境毒物能在比致死濃度低很多的暴露下改變動物的正常行為，這樣的毒性反應是無法在急毒性試驗中被反映出來的。本實驗室在近年已逐步建立量化分析動物行為的設備及方法，包括動物運動軌跡分析系統以及動物行為觀察分析系統，能發現並量化分析魚類在低濃度下環境污染物暴露下細微的行為改變。
海洋中的新興汙染物(emerging contaminants)範圍相當廣泛，從環境荷爾蒙到塑膠微粒都是社會及學界關注的議題，研究成果同時具有學術及保育價值，並可提供為科普教育的素材。

二、目標與執行
(一)、目標
探討新興汙染物(如:塑膠微粒、類雌激素、藥物及個人護理產品…)對海洋魚類或無脊椎動物的行為及生理的影響。
(二)、執行方式
1.在實驗室環境下，將海水魚或無脊椎動物暴露於環境濃度之新興汙染物，進行慢性暴露實驗。
2.設計行為學實驗，評估重要的動物行為標的，如:活動、攝食、避敵、繁殖、社會等行為。同時評估生物的存活率與生長率等重要生物參數。
3.配合其他生理學或分子生物學方法，進一步探討行為反應的可能機制。

貳、白鯨聲學與生理研究 - 蔡明安
一、計畫緣起
隨著國內動保意識高漲，對於相關海洋生物之健康與環境照護的動物福利更顯關切，國立海洋生物博物館(以下簡稱本館)身具傳遞正確海洋生態保育理念之重責，對於保育類海洋生物之相關研究更是積極參與投入人力，而本館的明星動物白鯨一直是深受社會大眾所喜愛，尤以圈養白鯨相關環境照護與動物福利的維護常是備受關注的焦點，鑑於圈養白鯨研究資料相對匱乏，無法滿足實際環境照護及醫療參考所需，尤其本館歷經數頭白鯨死亡事件，除了喚醒國人對相關議題與動保觀念的重視外，更加深大眾對本館於海洋生物保育努力的期望，因此對於目前本館明星動物小白鯨的圈養環境的改善與醫療照護更需挹注能量以提升動物福利。為改善國內海洋生物如白鯨之圈養環境，並提升對海洋生物之健康監測與醫療品質，急需分析其環境之不良影響因子進而予以改善，同時導入預防醫學之概念以提升其照護品質，相關成果與技術未來更可延伸應用於其他擱淺鯨豚之醫療照護參考，除強化及維護國內海洋生物保育與動物福利外，更可逐步累積相關成果以提升本館未來在鯨豚相關研究領域的地位。

二、目標與執行
(一)目標
1.圈養白鯨聲學研究
(1).白鯨池環境噪音分析
(2).白鯨行為聽力量測
(3).白鯨叫聲變化分析
(4).人為噪音對白鯨的影響分析
2.建立鯨豚反應生理健康狀況之非侵入性皮屑緊迫賀爾蒙(cortisol)之監測技術。
3.以定量反轉錄聚合酶鏈鎖反應偵選白鯨免疫基因研究
(二)、執行方式
1.圈養白鯨聲學研究
(1).背景噪音與白鯨叫聲量測：白鯨叫聲的不同被認為可使用於評估白鯨緊迫的指標之一。量測不同狀況下的背景噪音與白鯨叫聲，包括圈養配對、移池、特殊天氣、遊客人數、與白天晚上差異。配合聽力測量資料，可研判何種狀況與噪音對白鯨造成明顯影響。
(2).聽力測量：先期白鯨需受訓練可配合研究相關動作，於水中放置擴音器，並於擴音器5-10公尺處放置一圓環，當擴音器播出不同音頻或分貝聲音，白鯨接收到可聽見音頻或分貝即會進入或離開圓環，以此行為作為白鯨聽力之判斷依據，如研究期間白鯨遭遇特殊事件（如使用耳毒性抗生素、工程噪音等），需再次測量聽力以比較此事件影響程度。
(3).人為噪音對白鯨的影響分析：於水中放置擴音器，播放模擬打樁工程聲音，以行為觀察、緊迫荷爾蒙量測與免疫分析評估對白鯨的影響。
2.緊迫荷爾蒙量測：研究非侵入式且操作較不複雜的荷爾蒙量測方法，樣本來源為用壓舌板類的工具刮起皮膚的皮屑，此樣本來源皆尚未於鯨豚上有詳細研究。測量方法為商品化無動物種別的高敏感性Cortisol ELISA kit，並比較其他方法如GC-MS與改良現行萃取方式，所得知結果將配合日常紀錄之環境與動物狀況，以結構方程模式進行緊迫賀爾蒙及環境資料的模式建構來達成對白鯨生理的量化影響。
3.免疫功能分析：以定量反轉錄聚合酶鏈鎖反應偵選白鯨相關免疫功能基因，並將所得知結果配合日常紀錄之環境與動物狀況，以結構方程模式進行免疫基因及環境資料的模式建構來達成對白鯨免疫的量化影響。

參、臺灣瀕危海龜纖維乳突瘤流行病學研究 - 李宗賢
一、計畫緣起
本館自100年起迄今，所接獲傷病救傷及死亡擱淺保育類海龜當中，計有6隻綠蠵龜罹患纖維乳突瘤(包含臨床、組織病理影像或分子生物學診斷)。纖維乳突瘤最早紀錄於1930年代在綠蠵龜身上被發現，嗣後在其他種類海龜也有被發現的紀錄。該疾病會造成海龜體表及內臟出現腫瘤樣的異常增生，依據疾病病程可區分為乳突瘤、纖維性乳突瘤及纖維瘤。此疾病在各地的盛行率不一(1％至90％)，此疾病目前已在全世界廣泛的出現。
相關流行病學資料則指出，該疾病與人口稠密及高度開發的區域和農耕行為有密切之關聯，幼年海龜及亞成年海龜有較高的發生率。此外在體積較小的腫瘤樣本的表層有較高的機會可以發現病毒顆粒。該疾病目前被認為可能是由Chelonid fibropapilloma-associated herpesvirus (CFPHV) 以及不明的環境因子共同誘發導致海龜身上出現腫瘤樣增生物。近來的分子遺傳學研究也指出CFPHV在遺傳上，具有區域上的個別演化進程，該病毒會因地理區隔而有不同的遺傳變異，但目前亞洲地區並無海龜纖維乳突瘤的紀錄。
因該疾病目前被認為是由環境因子(紫外線、重金屬汙染、營養鹽或寄生蟲等)與CFPHV共同作用，導致腫瘤在海龜身上出現，但確切的機制仍然不明。本館掌理保育類海洋生物之救護、收容及生態研究工作，爰建立臺灣海龜纖維乳突瘤症的相關流行病學資料，明瞭臺灣海龜罹患此病的危險因子為何，期能提供國家在保育政策執行與擬定時的參考資料，並喚起民眾對於海洋環境及生物的保育概念。
 
二、目標與執行
(一)、目標
建立臺灣保育類海龜纖維乳突瘤的流行病學相關資料，讓民眾了解政府在保育工作上投注的努力並喚起民眾對於海洋環境的保護。
(二)執行方式
藉由傷病擱淺通報的海龜，進行樣本(例如皮膚、血液及分泌物)及龜口統計學資料(海龜背甲長、來源、種類、發現原因等)收集。並藉由臨床、組織病理或分子生物學方式檢測海龜罹患與否，並進行病毒及海龜本身的分子遺傳學的分類。相關資料公開發表，藉此喚起民眾對於海洋環境保護意識。

肆、展場生物檢查報告的回朔性調查研究 - 周偉融、李宗賢
一、計畫緣起
茲因國內目前並未針對白鯨與企鵝等野生動物之圈養訂定標準規範，然諸多文獻亦指出不良的生活環境對於生物有負面的影響，例如狹小空間對動物的行為改變，會讓動物變的更具侵略性，部分資料在豬、牛、火雞、瞪羚等動物，皆有紀錄可參酌。此外過往文獻資料也有描述，家畜如豬和綿羊在狹小空間中，會出現久坐和久站不動的異常行為，且其生長能力會變差的情況出現。這些異常都是被認為和緊迫有關。再者，動物間社交行為的缺乏，其對於動物可能的影響，比如會出現逃跑行為、減少玩耍、吸速度加快及血中cortisol濃度上升等緊迫行為。此外，被圈養在狹小空間中，對於動物的交感神經系統影響非常深遠，而這也表示動物在這段期間，其血中兒茶酚胺激素(Catecholamine)濃度都是處於較高的濃度，而這樣的長時間影響也被指出可能會對生物的心血管系統造成損害。例如，鳥類被囚禁過程當中，必須經過好幾天的適應與調節，才能使其心跳加速的情況回復至正常。此外環境的變動，比如動物面臨環境的改變，會促進動物的glucocorticoid response 以及fight-or-flight response，也就是說，環境改變會對動物造成非常大的緊迫，而此現象已經被許多文獻記載並描述，例如在嚙齒動物、農場動物、靈長類以及鳥禽類等。
世界動物衛生組織所揭櫫之動物福利的「五大自由:適當環境的需求、適當飲食的需求、能夠展現自然行為模式的需求、與其他動物一起居住或分開的需求以及免於疼痛、困苦、傷害和疾病的需求」。本館本於國家級博物館的職責，除擔負教育展示角色外，當充分提供每隻動物適合的圈養生活環境與空間。爰本研究擬運用現有的動物檢查生理數值及相關環境檢查參數，進行回朔性的研究分析，找出對於圈養動物可能有害的相關危險因子，以為圈養生物照護的改善提供參考依據。
 
二、目標與執行
(一)目標
量化影響白鯨與企鵝生理變動的環境干擾因素，作為改善白鯨與企鵝蓄養環境的參考。
(二)執行方式
收集長期白鯨與企鵝血液檢查的各項參數及環境變動數據(例如水位變動、水質、噪音及生物密度等)，以結構方程模式建構白鯨環境及生理變動模式，以量化各種因子對白鯨生理的相對影響程度。

伍、持久性有機污染物之海洋生地化研究: 海洋垃圾塑膠微粒 - 柯風溪
一、計畫緣起
本實驗室之研究方向為環境有機化學物質之微量分析及持久性有機物質之來源、分布、傳遞、及宿命，進一步探討其對海洋生物及海洋生態之影響。環境有機化學物包括極廣，對海洋生物具威脅的常見環境污染物主要以環境荷爾蒙及新興污染物為主，對於許多有機污染物質，本實驗室在環境微量分析已建立相當穩定精確的量化分析技術。海洋垃圾議題是近幾年來國際環境科學研究關注的重點之一，不僅影響海灘整體的美觀、危害棲息之動物、傷害海洋生態、造成觀光及漁業等相關產業資源之損失、更威脅到人類本身活動及健康。然而國內對於海洋垃圾之研究尚屬觀望階段，海生館地處後灣海濱，面臨海洋垃圾威脅，首當其衝，沿岸環境垃圾污染對於館內水族生物健康影響與衝擊，卻無相關研究探討。就學術研究價值及對本館實際應用需求而言，都是值得投入的研究項目。本子計畫主要針對海洋垃圾中塑膠微粒之質與量，進行初步研究調查，由後灣沿岸/海域開始，分析探討環境塑膠微粒之來源、傳遞、及分布，進一步評估其對海生館水族生物之可能影響。同時，塑膠微粒是社會及學界關注的議題，研究成果除具有學術及保育價值外，並可提供為科普教育的題材。

二、目標與執行
(一)、目標
探討後灣附近海域海洋污染塑膠微粒之分布與來源及其對生態及海生館水族安全之及可能威脅影響。
(二)、執行方式
1.後灣沿岸四重溪及保力溪口沙灘區域，進行採樣分析。
2.開發分析方法，對環境中塑膠微粒，依其粒徑、組成及特性分類比較。
3.進一步探討各種塑膠微粒吸附環境有機污染物之化學行為反應機制。