【Gene 愛聊科學】氣候變遷影響生物:暖化卻出現更耐寒的綠變色蜥

因此該耐寒性就更可能來自遺傳變化,也就是天擇的結果,存活下來的個體是整個族群中較耐寒的,淘汰掉較不耐寒的個體,改變了整個族群可耐受的低溫平均值。
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全球大氣二氧化碳濃度迅速增加,直接或間接地導致氣溫上升而造成極端氣候,如不尋常的熱浪、乾旱或暴雨。隨著進一步的升溫,這些氣候「異常」搞不好會變成家常便飯而成「尋常」。

面對氣候的快速變遷,地球上的生物能夠來得及適應嗎?環境適應通常被認為是一種緩慢的過程,可是極端的環境擾動,可以提供好機會,來觀察天擇在野外族群的效應 [1]。

生態學家已經研究了這些異常氣候對生物族群的影響、物種分佈的變化、群落組成的變動,以及即將到來的滅絕等等。這些極端氣候有可能會造成物種的演化,可是很少被研究,因為這些事件比較罕見並且是難以預測的 [2]。

達爾文雀在大乾旱後,雀喙有了顯著改變

普林斯頓大學的演化生物學家 Peter R. Grant 和 B. Rosemary Grant 夫婦在加拉巴哥群島做了四十幾年研究,觀察到的達爾文雀就在大乾旱後,雀喙的大小和形狀有了顯著改變,成為教科書中的常客。普利茲獎作品《雀喙之謎》(The Beak of the Finch: A Story of Evolution in Our Time)就是描述他們的精彩故事。

然而只有鳥兒有案可查嗎?幸運的是,在 2013 年至 2014 年冬天,美國東南部遭受到不尋常的寒流,美國伊利諾大學香檳校區的演化遺傳學家 Shane C. Campbell-Staton 等人剛好在那裡研究綠變色蜥(Anolis carolinensis)。於是,他們趁機研究了蜥蜴對天寒地凍氣溫的反應。 Shane Campbell-Staton 在哈佛大學的 Jonathan Losos 和 Scott Edwards 實驗室唸博士班時就開始研究綠變色蜥的演化 [3]。

綠變色蜥,鱗片細小且呈顆粒狀,體背通常為綠色,但亦可依溫度、所處環境或情緒變深或變淺,甚至變成深褐色。雄性具有一個橘紅色的喉囊,示威時會展開,全長最大約 20 公分。牠們分佈在美國東南部從維吉尼亞州至德州。牠們是日行性樹棲蜥蜴,雄蜥領域性很強,以小型無脊椎動物為食。綠變色蜥是首個有全基因體序列的爬行動物,因此在進行遺傳學研究時有特別的優勢 [4]。

寒流對率變色蜥的影響

綠變色蜥的祖先幾百萬年前從古巴來到北美大陸,有些北方族群分佈至較冷的田納西州和俄克拉荷馬州。原本在美國墨西哥灣沿岸和東南部的亞熱帶棲息地,過去寒冷從不曾是個問題,但因為極端氣候才會有突如其來的低溫寒流。

他們發現,演化在一代的蜥蜴中就發生了!極端氣候事件是有可能產生形態和遺傳上的快速變化的。歷經寒冷之後,他們發現南部原本較不耐寒的蜥蜴展現出更好的耐寒性,他們並且利用轉錄體學(transcriptomics)和基因體學的方法,發現南方的倖存者的基因表現在歷經寒流後,表現模式更像北方較耐寒的族群。他們也發現有幾個基因體區域的變化,對於在寒冷中調節功能是重要的。這個發現發表在《科學》(Science)[5]。

來自得德州最南端的蜥蜴,在 2013 年至 2014 年冬天經歷了最多天的臨界最低氣溫,結果在下一個春天有較高的耐寒性。

是天擇之後的適者生存,不是對低溫的可塑性

這種轉變有可能是由於對低溫的可塑性反應,但他們排除了該可能性,因為在接下來的夏天,牠們還是比較耐寒。

因此該耐寒性就更可能來自遺傳變化,也就是天擇的結果,存活下來的個體是整個族群中較耐寒的,淘汰掉較不耐寒的個體,改變了整個族群可耐受的低溫平均值。

為了研究遺傳上的可能性,他們對寒流前後收集的 48 隻蜥蜴的肝轉錄體進行了定序。原理基本上是萃取出肝臟的 RNA 用作定序,那是 DNA 轉錄出的基因藍圖副本,主要用作轉譯成有功能的蛋白質。

轉錄體學的方法,是去定性和定量細胞表現出的 RNA。這就像商業間諜跑到工廠裡去收集工程師拷貝出來的藍圖副本有哪些,每種藍圖有幾份,從而估計產品的種類和數量來推測一家企業的投資方向。

他們比較了寒流前後的基因表現後,有了兩個發現:首先他們發現,有 14 個基因體區域有顯著變化,尤其是南部和受影響最嚴重的地區的蜥蜴。另外,有三組共同表現的基因有了變化。南部地區的寒流倖存者的表現更像是北方的族群,而北方的蜥蜴本身則沒有變化,大概是因為該處冬天沒有特別異常。

那些表現差異的基因,有一些是參與維持突觸功能和神經傳遞,以及與維持肌張力有關的神經傳遞物質。這些基因的功能與增加的耐寒性可能息息相關。

為什麼暖化會讓蜥蜴更耐難?

乍看之下,增加耐寒性和全球暖化無關。然而,地球氣候變化是極為複雜的。一個地區的地球物理擾動可能會在其他地區產生對比效應。例如,東部太平洋的聖嬰現象變暖給秘魯和厄瓜多爾帶來暴雨,但是對巴拿馬造成了乾旱。因此,全球暖化不僅更熱而已,也會讓一些地區的冬天變得更寒冷。

瞭解極端氣候事件如何影響適應性潛力將變得越來越重要,因為氣候變得更加波動。由於人為造成氣候變化,極端天氣事件的頻率和幅度很可能會大幅增加。 雖然研究是利用蜥蜴進行,可是氣候變遷的後果,是全球所有物種都要概括承受的,因此清楚這些事件的生物效應,對全球物種永續生存具有重要意義。

只是,我們對這個領域的研究,到底夠不夠到足以讓我們了解全球環境變遷所造成的影響?而這些研究成果,又能促成多少政策與行動?

參考文獻:

1) P. R. Grant. Evolution, climate change, and extreme events. Science 357, 451 (2017).

2) P. R. Grant et al. Evolution caused by extreme events. Philos. Trans. R. Soc. B 372, 20160146 (2017).

3) M. N. Bolotnikova. Extreme-weather Evolution. Harvard Magazine. August 8, 2017.

4) J. Alföldi, et al. The genome of the green anole lizard and a comparative analysis with birds and mammals. Nature 477, 587–591 (2011).

5) S. C. Campbell-Staton et al. Winter storms drive rapid phenotypic, regulatory, and genomic shifts in the green anole lizard. Science 357, 495 (2017).


佈局未來需求! Viva TV 導入 Seagate 儲存解決方案,打造可「與時俱進」的海量影音資料庫!

「電視購物」的概念自 80 年興起後已有超過 40 年的歷史,目前國內也有多間經營近 20 年的電視購物頻道,在面對網路電商、直播帶貨…等新型態的銷售方式,電視購物業者如何做到「進可攻,退可守」?
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在 2000 年左右,隨著東森購物、富邦 momo 與 Viva TV 美好購物…等多個電視購物頻道陸續開播,也引發一波「看電視,打電話買東西」的熱潮,全盛時期電視購物頻道的收視人口甚至覆蓋超過全國總人口的一半,潛在營收規模上看新台幣千億元。

不過隨著網路電商的興起,以及後來寬頻網路與行動網路的普及,帶動了網路串流影音內容的發展,也大大影響了電視購物頻道的營收表現,除了因應轉型 EC 電子商務業務,國內知名電視購物頻道之一的 Viva TV 美好購物也選擇站穩腳步,鞏固現有業務,透過優質的節目內容為消費者創造價值,同時也進一步思索如何強化營運效能,找出未來創新的可能方向。

影音檔案龐大,儲存也需要講求效率

對於電視台來說,每日產出的影音內容,都需要被完整儲存下來,除了作為電視台日後參考使用的歷史資料,也需要符合政府法規制定的規範保留一定年限,日積月累,所需要佔用的空間真的十分可觀。以 Viva TV 自身為例,每日購物台會有數小時的全新節目,每一小時的影音內容達 15GB~18GB,因此每日最低就需要 150GB 的儲存量。

不過以購物台的內容形態而言,其實對於歷史資料的保留需求並不高,雖說目前從 2005 年開台至今的 SD、HD 影音內容都有完整保存,但公司內部其實也有歷史影音內容需求性與保存時間的討論,由於過去儲存資料的方式單純以「片庫」的形態來管理,所以資料的擺放其實相散亂,只要求基本服務的正常運作,但當需要查找檔案較龐大的舊影音時,就會遇到處理效能較為緩慢的問題。而當時建置的儲存系統廠商已無法解決效能上的問題,也因此最終考量建置全新的資料儲存中心,以便進行資料的搬遷與升級。

企業選擇儲存解決方案:容量、效率、穩定性三大條件缺一不可

近期 Viva TV 與知名儲存解決方案廠商 Seagate 希捷合作,導入企業級的儲存解決方案,採用兼顧大容量與高效能的 5U 高密度機架式存設備 ExoS E 5U84,搭配單碟 18TB 容量的 Exos X18 企業級硬體,打造總容量 1.5 PB(1,500 TB)的超大儲存系統。

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Viva TV攜手Seagate解決資料儲存問題

董事長室的專案規劃經理林振德與我們分享,對於 Viva TV 來說,選擇企業級儲存解決方案的三個主要條件,包括了「容量」是否符合未來內容成長需求,以及前面提到調用資料的「效率」問題之外,另一個絕對必要的就是產品的穩定性與廠商在系統整合支援的能力。

在「容量」評估方面,考量到過去舊有儲存系統已經有 300 TB 規模的資料量,以及未來資料增長的需求,Viva TV 評估需要更大的總容量,同時為了限縮主機佔用的機架空間,因此單一磁碟的儲存量與整個儲存系統的儲存密度就顯得更為重要,也因此選用 Seagate 單碟 18 TB、可擴充達 84 顆硬碟的儲存主機就獲得 Viva TV 的青睞,同時以單位儲存價格比來說,Seagate 也是目前市場上極具競爭力的選擇,也為企業節省不少成本。此外,在「效率」的表現方面,Exos X18 提供進階寫入快取機制,能提供 270 MB/s 的傳輸效率,而 ExoS E 5U84 也內建雙控制器配置,最高傳輸量達 5.5GB/s 寫入;7GB/s 讀取,能滿足資料隨時調用的需求。

除了實際使用上的需求,對於所有企業而言,資料儲存的「穩定性」絕對是重中之重,若是發生硬體方面的問題,受到影響的部門眾多,也會影響整個電視台的營運;而 Seagate 不僅在 Exos X18 企業級硬碟提供高標準的每年 550TB 工作負載率、250 萬小時的 MTBF(平均故障隔時間) ,高密度機架式存設備 ExoS E 5U84 也提供 ADAPT 功能的備援熱插拔控制器、備援熱插拔硬碟機、風扇、雙電源線、熱待機備用、自動容錯轉移與多路徑支援…等提高可用性的機制,另外更為重要的是,Seagate 提供的系統整合服務極為完善,無論是售前或是售後都能保持極為暢通的溝通管道,能即時滿足技術上的支援。

雲端化現階段還未能滿足影音內容應用需求

由於影音檔案的儲存量極為龐大,林振德表示,除了單純解決「如何存放」的問題,能夠有效率的依照需求來調用資料更是一大關鍵,而他們也曾比較過自有的儲存中心與雲端化的儲存服務,除了「成本」是主要考量之外,「應用」更是一大關鍵,尤其是資料上下雲端所需要花費的時間可能會是本地端複製的數倍,可能無法滿足實際使用這些備存檔案的需求;像是過去 Viva TV 就曾經遇到需要配合檢調單位調出特定產品的資料時,就要一次找出不同年份、時間有曝光產品的節目內容,檔案規模也高達數百 GB,光是本地端匯出資料就耗費大量時間,若是真的採用雲端化儲存,恐怕花費的時間會增加數倍,同時單純靜態資料的固定備份,也將增加日常維運的時間成本。

現階段 Viva TV 仍以本地端磁碟儲存系統為主要解決方案的主要理由還是在於龐大儲存量的需求,雲端的成本仍舊偏高,再者就是資料上雲後,資料下載時的速度是否足夠,以實際需求面來說,影音儲存的目的並非單純的「稽核備份」,能夠「隨取使用」更是一大重點。

迎接 8K 世代,「與時俱進」絕對必要

電視產業的大環境變遷絕對是目前面臨最大的挑戰,近幾年因為疫情影響,也可以發現到競爭對手搭上電商需求的浪潮轉型成功,不過對於電視購物這一個領域,Viva TV 對於未來發展仍舊看好,如何內容做到更好會是聚焦的重點,在堅守本業的同時,與 EC 整合,同時吸取網路直播帶貨、低成本形態的媒體營運模式之長,做出內容拍攝、銷售形態的轉變將會是下一階段的目標,畢竟年輕族群接收資訊的主要管道已非電視平台,如何拉回這些人的目光焦點會是非常重要的關鍵。

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Viva TV積極做內容優化,看好未來市場仍大有可為。

除此之外,在電視節目由 SD 轉變為 HD 之後,下一步可能會直接跳過 4K 而進入到 8K 世代,以目前公眾平台的傳輸基礎量來評估,2 至 3 年後台灣的收視就將進入到 8K 市場,目前已有業者正在實測營運 8K 影音內容,而這也將會是電視購物頻道下一階段要面臨的挑戰。

單位資料量比現有 HD 等級高出數倍的 8K 超高畫質內容,可符合儲存容量且高效穩定的數位儲存系統,對於電視台來說絕對會是必要的投資項目,以 Viva TV 所導入的 Seagate 企業儲存解決方案來說,已經能夠因應未來 5 年的實際使用需求,同時也兼具「與時俱進」的擴充彈性,從容不迫地面對下一階段的挑戰。