珊瑚集體排卵之解秘

國立臺灣海洋大學水產養殖系張清風老師研究室

水生動物生殖生理暨內分泌實驗室 (Reproductive Physiology and Endocrinology in Aquatic Animals Laboratory)

珊瑚集體排卵之解秘

張清風教授

國立台灣海洋大學水產養殖系

一、珊瑚之美

台灣有豐富的珊瑚資源，至少有300種以上之石珊瑚，50種以上的軟珊瑚及50種以上的柳珊瑚，分佈在海域裡，形成美麗的珊瑚群聚與海底世界，並且珊瑚建造無數的石灰岩礁體，形成珊瑚礁或石灰岩。珊瑚群也聚集許多的珊瑚礁魚類及許多無脊椎動物成為重要的海洋生態系，共同成為海洋社會族群，並顯現色彩繽紛，多樣性最高的及最高生產力的生態系。估計台灣的海洋生物種類約佔全世界海洋生物種類的1/10，其中這些海洋生物種類，大部份棲息於珊瑚礁中。

二、珊瑚的生殖

每年的農曆三、四月，台灣南部的珊瑚都會準時上演珊瑚產卵的海洋盛事。珊瑚大部分的種類屬於卵生，每年到了春末夏初，月圓後的夜晚，台灣南部海域的珊瑚，便會將成熟的精子與卵，同時間釋放出來，在大海中受精，發育成浮游的珊瑚幼苗，漂到適合的地方附著，形成單一的珊瑚蟲，開始珊瑚的一生。

珊瑚這種特殊而奇妙的生殖行為並非單獨在台灣發生，在澳洲大堡礁等世界各珊瑚礁區都有類似的情形發生。珊瑚選擇集體生殖模式可能是因為集體生殖可以提高受精的機會，後代存活的機會也較大。但是珊瑚如何精確地調控這種生殖行為，對於世界上對此有興趣的科學家們而言，答案仍是未知的。為了解開這個謎，生物學者們歷經數十年的努力，得到的證據顯示，這種行為的調控，可能與光照（日週期）、潮汐（月週期），海水溫度（年週期）等外在環境因子有關。但是切確的機制以及如何去啟動等關鍵性的問題，則仍是一無所知。

三、研究團隊

由於珊瑚生殖及集體排卵的問題是海洋生物之重要課題，所以海洋大學組成了一個研究團隊，結合了海洋大學海洋生物研究所黃將修教授、博士班研究生段文宏以及本人之共同努力，以腎形珊瑚為研究材料，經過六年的研究，對這個問題有重要突破。第一部分之研究成果已於最近發表於國際最著名科學期刊雜誌「生殖生理」（Biology of Reproduction, Vol. 68, 2255-2260, 2003）。

四、發現珊瑚有「雌性荷爾蒙」與「醣基化雌性荷爾蒙」

本團隊從珊瑚體內分離出與生殖有關的「荷爾蒙」，包括雌性荷爾蒙雌二醇與雄性荷爾蒙睪固酮。這兩種荷爾蒙不只在脊椎動物的有性生殖中扮演重要且關鍵的角色，近年來也陸續在少數無脊椎動物的體內發現。接下來的研究發現，在一整年中，珊瑚體內的雌性荷爾蒙濃度，會隨著生殖季節的到來而增加6倍之多。更有趣的，本團隊首次發現珊瑚具有雌性荷爾蒙的衍生物（醣基化雌性荷爾蒙），且隨著生殖季節的來臨，珊瑚之醣基化雌性荷爾蒙濃度急遽增加50～100倍之多，顯示醣基化雌性荷爾蒙之重要性。由這些新的發現，本團隊大膽推測珊瑚的有性生殖週期與體內的內在因子有關。也就是說，珊瑚的有性生殖受到本身的內分泌物質調控，這個發現是一個重大的突破。

五、發現珊瑚有「環化酵素」

除了生殖荷爾蒙外，我們同時首次發現珊瑚體內環化酵素（aromatase）的存在，此一酵素可以將雄性荷爾蒙合成為雌性荷爾蒙，此為一種關鍵酵素。環化酵素的新發現，再次顯示珊瑚的生殖內分泌系統具有相當的完整性，這是非常有趣而重要的。

六、珊瑚排卵的海水有珊瑚的「荷爾蒙」可能當做「費洛蒙」之功能

初步瞭解珊瑚調節有性生殖的可能機制後，更重要的問題是如何啟動集體生殖行為的發生。在1992年澳洲學者首次發現，珊瑚在集體生殖時，會釋放雌性荷爾蒙到海水中，我們亦有類似的發現。不過除了雌性荷爾蒙以外，更是重要的發現，我們是世界上首先另外找到產卵海水中有雌性荷爾蒙的衍生物（醣基化雌性荷爾蒙）的存在，醣基化雌性荷爾蒙是在產卵海水最主要的荷爾蒙，而不是先前發現的雌性荷爾蒙，而且僅在排卵後之時刻才能測得，我們推測醣基化雌性荷爾蒙可能是更為重要的物質，這是世界上首次的重要發現。這些珊瑚釋放出來的物質，尤其是醣基化雌性荷爾蒙，我們認為應該是具有生理上的重要意義，它可能具有「費洛蒙」的功能，可能在珊瑚集體生殖行為中扮演關鍵的角色，擔任互相傳遞，誘發集體排卵之作用。

七、展望

經過六年的研究，由本研究成果顯示，珊瑚具有相當完整的生殖內分泌系統。這項發現，除了證明普遍存在於脊椎動物體內（三胚層的動物）的生殖內分泌系統，可能早在動物演化的初期，即使在兩胚層的低等動物例如珊瑚也已具備，更是為往後有關珊瑚集體生殖之研究，延伸出更寬廣的道路。

台灣四面環海，擁有多樣的海岸景觀與豐富的自然資源，台灣南部的珊瑚礁生態系除了具有極高的基礎生產力，可以供給我們豐富的漁業資源外，更提供我們繽紛的休閒娛樂去處。但是，近幾年來由於海水污染或沿岸過度開發，造成珊瑚死亡，珊瑚數量銳減。對於這種敏感脆弱的生態系，國人除了要加強保育的作為，更應該要積極從事相關的研究，用以作為施行保育的後盾，以及提高我國在相關學術研究的國際地位。