海底熱液噴口（HVs）是很特殊的極端環境，與海洋生態系中預期的全球暖化及全球氣候變遷有許多相似之處（例如，由於高二氧化碳和亞硫酸鹽化合物導致的低pH值，高溫和濁度，高負荷的有毒化學品，如硫化氫和微量金屬元素）。淺海海底熱泉對研究者而言，其優勢乃很容易進行短期或長期實驗。對淺海海底熱泉生物的研究可以透過將與它們進化相似但不太能適應的生物群進行比較研究，這些研究結果將可提供我們對極端海洋環境中的生物之分子，生態和進化適應性機制的瞭解。台灣東北部龜山島淺海海底熱泉已受到國際許多研究團隊的重視，龜山島淺海海底熱泉的研究結果初步揭示了生態系統水平（由光合作用和化學合成推動），群聚（由於大規模死亡引起的生物多樣性變化），種群（生長遲緩特徵），個體（棲息地對特殊物種之吸引行為），分子（適應高濃度重金屬，低pH和高溫）等等發現。淺海海底熱泉也許可以提供我們極特別的自然棲所，使我們更容易了解早期地球生物發生的可能機制和對未來全球環境變遷海洋生物可能產生的適應及演變之預測。本期“海底熱泉與海洋保護區”專刊突顯了淺海海底熱泉作為全球氣候變遷樣板的可行性研究之潛力。淺海海底熱泉生態系還可以使我們更加瞭解海洋生物對未來的全球氣候變遷可能可以做初步之預測以及地球早期演化之可能機制和過程。因此，此特殊生態系在全球而言是極罕見的，龜山島淺海海底熱泉可說是研究和教育的國家級寶貴資產，這麼特殊的生態系應作為國家和國際級的自然遺產，它值得得到全球人類的重視和特別保護。

　 本專刊共收錄九篇文章，分別為邵廣昭研究員之「離岸風機兼具人工魚礁及海洋保護區的正面效益」、周佩璇等之「烏龜怪方蟹耐酸機制的細胞生理學研究」、余品毅等之「台灣龜山島淺海熱泉烏龜怪方蟹之頭胸甲寬、螯長、體重與形態特質及族群演替研究」、黃將修教授等之「海底熱泉作為全球變遷樣板之可行性研究」、RevathiGurunathan等之「熱泉放線菌之抗生素」、Charli Deepak Arulanandam等之「以電腦化學資訊系統評估熱泉微生物產生之河豚毒素」、RevathiGurunathan等之「龜山島海底熱泉之微生物多樣性」、Hans-UweDahms等之「海底熱泉下之天然實驗室前瞻研究：全球氣候變遷下的附著微生物多樣性」以及林澄貴副研究員之「水下物聯網在軍民兩用之研究」。

　 總結本專輯的豐富內容，從不同層面及角度來探討海底熱泉與海洋保護區，讓人們對海底熱泉與海洋保護區有了更深一層的認識與重視，並希望藉此能瞭解到「海底熱泉與海洋保護區」對台灣周圍海域的豐富海洋生物資源之重要性，讓台灣的下一世代能更重視海洋生態資源與永續利用，以達成此生態系得到最佳的保護與永續利用，由於各位作者在各自的專長領域撰寫「海底熱泉與海洋保護區」專文，在此亦衷心感謝各位作者們在不同領域與專長的協助與支持。

　

　

專輯主編：黃將修／國立臺灣海洋大學海洋生物研究所特聘教授

　　　　　譚漢詩／高雄醫學大學生物醫學暨環境生物學系教授

　　　　　張順雄／國立高雄科技大學微電子工程系教授

　

　 根據目前國外針對離岸風機對海洋生態影響的調查研究的許多報告，已可證實離岸風機本身的結構物及為了防止基座被沖刷或淘空，所採用的沖刷保護的構造物，如塊石、聚丙烯草甸、或特別設計的Reef Ball或SeaCult Reef 系統，都可因提供海洋生物附著所需的硬基質，增加了原本沙泥棲地的異質性，或創造了新的棲地，使當地的生物多樣性及其豐度，以及生態系的環境承載力增加，充份發揮「人工魚礁」培育資源的功效。此外，因風機本身多少限制或禁止了網具漁業在風場內作業，特別是底拖網的作業，增加魚類的存活及成長率，進而兼具「海洋保護區」或「禁漁區」的功能。當魚類數量增加之後，就會溢出(spill-over)到風場外，達到復育魚源及資源永續利用的功能。因此風機的建設就相當於在協助政府繼續推動設置人工魚礁，及劃設海洋保護區的雙重培育資源的工作。至於魚礁及保護區效果究竟有多大，則要看風機的位置、周遭環境與生態的條件，風機基座的型式，以及所採用的方式而定。根據我們最近在竹南和彰化地區已設置的風機及測風塔所作的初步調查，已證實在台灣西海岸的離岸風機的確已發揮人工魚礁的成效。風機的穩固基座也提供了未來發展「海洋養殖」的潛力，故離岸風機的建設，實可與沿近海漁業的發展，有著共存共榮及相輔相成的關係。

　

作者： 邵廣昭／中央研究院生物多樣性研究中心、

國立台灣海洋大學海洋生物研究所

　　　

　 海底熱泉生生態系統擁有極端的酸鹼值與溫度等物化特質，因此生活在此的生物大多發展出特殊的生理機制來適應極端的環境。然而，熱泉生物的酸鹼調控機制尚未具備完整的系統性分子研究。本篇研究將探討棲息於龜山島龜首海域的烏龜怪方蟹，是如何適應龜山島的淺海熱泉環境。實驗結果發現：被急性轉移至高碳酸環境的怪方蟹，鰓部特化的表皮上用以維持酸鹼平衡的鈉鉀泵浦及氫泵浦的基因表現量均會顯著上升。根據以上結果我們推論：怪方蟹具備及具效率的酸鹼調控機制，讓牠可以存活在酸化的熱泉環境中。

作者：周佩璇／國立台灣海洋大學海洋生物研究所

　　　曾庸哲／國立台灣海洋大學海洋生物研究所

　　　邵奕達／國立台灣海洋大學海洋生物研究所

　

　 龜山島位於台灣東北方，外型酷似大海龜，龜首海底擁有世界少有的大範圍淺海熱泉。這裡的海水噴口充滿硫化物與強酸性的環境特質以及許多潛在有毒的化學物質，對大部分海洋生物產生了天然的毒性，使得大多數的生物無法在此生存。特別的是，烏龜怪方蟹在此極端的環境中其族群數量與密度卻是非常的高，牠們的生存與適應方式引起了全球海洋生物學家的重視。本研究主題針對龜山島熱泉區之烏龜怪方蟹的頭胸甲寬、螯長、體重等個體形態特質進行研究，並將不同性別之形質關係進行分析比較並於野外的調查中，比較了熱泉噴口距離對螃蟹族群之影響。本研究以圓柱形 [60.5 cm (長) ×33 cm (直徑)] 捕蟹籠於2011 年 8 月、2011 年 9 月與 2012 年 5 月進行三次烏龜怪方蟹樣本的採集，共獲得 1192 隻烏龜怪方蟹，其中 804 隻為公蟹，388 隻為母蟹 (11 隻抱卵個體)。分析結果發現雌、雄個體之頭胸甲寬/螯長與體重形態特質呈現顯著的正相關 (p<0.001，Pearson's correlation)；烏龜怪方蟹分佈上顯示雄性螃蟹比較喜歡靠近熱泉區，螃蟹體重在距離熱液噴口不同遠近的採樣點有顯著的差異 (p<0.001，One-way ANOVA)。本研究結果顯示烏龜怪方蟹的族群結構在不同月份間有顯著的演替，空間上雌、雄個體大小的差異顯示著熱液噴泉的強弱，可能對螃蟹的分佈有著重要的影響。

　

作者：余品毅／ 國立臺灣海洋大學海洋生物研究所、國際海洋股份有限公司 (IOVTEC)

　　　曾立鈞／國立臺灣海洋大學海洋生物研究所

　　　黃將修／國立臺灣海洋大學海洋生物研究所、國立臺灣海洋大學海洋中心

　　　

　

　 海底熱泉之極端環境在瞭解早期地球的演化和預測海洋生物對未來氣候的反應可能是極佳的樣板。海底熱泉是獨特的極端環境，與預期中海洋系統遭受全球氣候變遷的過程有許多相似之處（如高二氧化碳和硫化物導致的低pH值、高溫、高混濁度，以及大量有毒化學物質，如硫化氫和微量金屬等）。淺海海底熱泉很容易接近，因此特別適合進行短期和長期實驗。將棲息在淺海海底熱泉的生物與演化系譜相關但無法適應海底熱泉的物種進行比較，可以使吾人更瞭解物種身處極端海洋環境中在分子、生態、演化等方面的適應機制。台灣東北部沿海的淺海海底熱泉一直被多個國際研究團隊深入研究中。這些研究揭示在生態系統（由光合作用和化學合成來驅動）、群落（大規模死亡導致顯著的生物多樣性變化）、種群（延遲生長）、個體（特殊物種對棲地吸引行為）、分子（對高重金屬濃度、低pH值、高溫等的適應）等不同層次的驚人重要發現。本文評估了淺海海底熱泉作為研究全球氣候變化的樣板的可能性。

　

　

　

作者：黃將修／ 國立臺灣海洋大學海洋生物研究所、國立臺灣海洋大學海洋中心

Hans-Uwe Dahms／Dept. of Biomedical Science and Environmental Biology,

Kaohsiung Medical University, Taiwan  & Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University,  Taiwan

Nikolaos V. Schizas／Department of Marine Sciences, University of Puerto

Rico PR, USA

R. Arthur James／Department of Marine Science, Bharathidasan University,

Tamil Nadu, India

王蘭／ 中國、山西大學生命科學院　　　

　

　

  放線菌目是所有製造生物活性化合物(如酵素，抗生素和色素等)的細菌當中，最具生產效率的細菌類群之一。在其各種屬中，Streptomyces(鏈黴菌屬)，Saccharopolyspora(糖多孢菌屬)，Amycolatopsis (無枝菌酸菌屬)，Micromonospora(小單孢菌屬)以及Actinoplanes (放線菌屬)是工業上重要生物分子的主要生產者。在過去的幾十年中，有好些種類已經從幾種陸地和水生棲息地中分離並進行篩選。因此，分離出可提供新型生物分子的新型放線菌菌株的機會已大幅減少。但對於新次級代謝物的發現仍具急迫性。因此，搜索較罕見或未開發的生態系統具有發現新的生物活性化合物的可能性，或許可以從熱泉生態系中嘗試進行。近年來的研究顯示，在未開發的極端棲息地如熱液噴泉中已經有放線菌的存在。放線菌常存在極端環境特徵為極端酸性，鹽度，高輻射量，低濕度，養分和高溫。放線菌是DNA具有高含量胞嘧啶及鳥嘌呤（> 55％）的革蘭氏陽性細菌。海底熱液噴泉相較於常見海洋生態是獨特的環境，其主要位於深海中洋脊位置。熱泉環境是新天然產物的來源，特別是抗微生物化合物，以放線菌所產出為最多。雖然高溫棲息地不像溫帶或寒冷的棲息地那樣普遍，但很多地方存在著各種自然和人造的高溫棲息地。熱泉中的溫度高於60°C，其透過持續不斷的火山活動保持恆定。放線菌是臨床上多樣化合物的來源，最重要的是，它有能力生產具抗腫瘤，抗微生物（細菌，真菌及病毒）和免疫抑制活性的化合物。

　

　

　

作者：Revathi Gurunathan／Department of Medicinal and Applied Chemistry, KMU

- Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Charli Deepak Arulanandam／Department of Medicinal and Applied Chemistry,

KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Arthur James／ Department of Marine Science, Bharathidasan University

Jiang-Shiou Hwang／Institute of Marine Biology, National Taiwan Ocean

University；Center of Excellence for the Oceans, National Taiwan Ocean University

Hans-Uwe Dahms／Department of Biomedical Science and Environmental

Biology, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University

　

　

　

　河豚毒素是一種強烈的神經毒素。這種毒素已從幾種海洋和陸地動物中分離出來。最近，與這些動物相關的細菌已經被密集檢驗是否為毒素來源。 1987年，Simidu等人的研究報告顯示，河豚毒素是由一系列海洋細菌產生的，包括Vibrionaceae科，這些細菌與海洋動物之間具有共存關係。河豚毒素最常見於許多種Tetraodontidae科（主要是海洋和河口魚）的卵巢和肝臟中。 Noguchi等人的研究發現從已知有毒素的螃蟹Atergatisfloridus的腸中可分離出一種產生河豚毒素的細菌。另一種產生tetrodptoxin的細菌也在鈣質紅藻(Jania sp.)中發現。從此，產生河豚毒素的細菌從各種海洋生物中一個個被分離出，包括海星，(Astropectenpolyacanthus)，馬蹄蟹，(Carcinoscorpiusrotundicauda)和藍環章魚(Octopus maculosus)。大多數菌株已被鑑定為Vibrionaceaei科。為了證實海洋細菌參與河豚毒素的產生過程，實驗中會進行一些典型海洋細菌菌株的篩選。在這項研究中，我們使用電腦化學資訊軟體分析檢查其毒性和抗癌特性。

　

作者：Charli Deepak Arulanandam／Department of Medicinal and Applied

Chemistry, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Revathi Gurunathan／Department of Medicinal and Applied Chemistry, KMU -

Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Jiang-Shiou Hwang／Institute of Marine Biology, National Taiwan Ocean

University；Center of Excellence for the Oceans, National Taiwan Ocean University

Hans-Uwe Dahms／Department of Biomedical Science and Environmental

Biology, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University

　 海底熱泉為不同的海洋區域提供特殊的生態環境，這些主要位在深海海域，如大西洋中洋脊，太平洋或印度洋。在深海的熱泉中，微生物多樣性可能很大，但目前尚未進行充分及完整的調查。台灣的龜山島有許多活躍的海底熱泉，因為淺海海底熱泉可使探索人員可以輕易透過水肺潛水抵達且在最短時間將樣本處理好。來自地質和生物表面的幾次採樣已顯示形成生物膜的細菌具有顯著的系統生物多樣性和生物化學適應這個淺水位置的海洋熱泉的極端棲息地。本文探討龜山島淺海熱泉微生物多樣性和群落方面的研究。

　

作者：Revathi Gurunathan／Department of Medicinal and Applied

Chemistry, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Cheng-Han Liu／ Department of Biomedical Science and Environmental

Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Charli Deepak Arulanandam／Department of Medicinal and Applied

Chemistry, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Biomedical Science and Environmental Biology, KMU - Kaohsiung Medical University

Arthur James Rathinam／Department of Marine Science, Bharathidasan

University

Jiang-Shiou Hwang／Institute of Marine Biology, National Taiwan Ocean

University；Center of Excellence for the Oceans, National Taiwan Ocean University

Hans-Uwe Dahms／Department of Biomedical Science and Environmental

Biology, KMU - Kaohsiung Medical University；Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University

　 海洋環境將在未來發生很深遠的變化。這種變化會伴隨著氣候變遷，例如水溫升高、海水酸化以及由於冰山融化所導致。這也會影響由不同種類微生物所形成的生物薄膜，其覆蓋在水生環境中所有的人造或天然表面之生態特性（Dahms et al，2007）（圖1）。在海洋生物附著過程中，微生物透過誘導或抑制無脊椎動物幼蟲和藻類孢子的沉降和變態發揮重要作用（Dobretsov et al，2006）。在水產養殖、航運設施、船舶和海水管線維護方面，世界海洋中的微生物附着和大型生物附着都會造成經濟上巨大損失（Railkin，2004），生物附著的增加導致更多船舶燃料之消耗和二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫氣體的排放。

　 最近人為造成的氣候變遷只是未來幾十年預測變化的一部分，卻已經引發了地球生物群的顯著反應（Balser et al，2006）。這些氣候變遷主要是由溫室氣體的排放所影響。大氣溫室氣體會吸收一部分的熱能，否則這些熱能會重新輻射到太空並使地球增溫。海洋暖化會導致沿海地區冰山融化，淡水和養分增加以及鹽度下降。溫度升高會影響大氣環流，導致湧升和下降流以及風暴強度和降水增加（Keistler et al，2005）。先前有人提出，全球變暖也會改變聖嬰現象和類似反聖嬰現象的生成條件，這些條件會對海洋生物產生巨大影響（Gorcau et al，2005）和地球氣候變遷（Hughes，2003）。大氣中二氧化碳（CO2）的增加導致其在海洋中的濃度增加，其中約30％的現代二氧化碳排放被儲存在其中（Dukes ＆ Mooney 1999）。透過海面以及大氣之間的界面持續吸收二氧化碳有望降低海洋pH值（圖2）。 pH的降低將對海洋鈣化生物產生顯著影響，但無鈣化殼之軟體生物可能會利用這種變化取得生存優勢。大氣中二氧化碳的增加也會耗盡臭氧層，從而提高紫外線輻射通量（Dobretsov et al，2005）。全球氣候變遷對海洋生物群聚影響調查研究越來越多，但卻鮮少探討它對覆蓋海洋水生系統中所有基質的生物膜（或微生物附著）的影響。海底熱泉是個可供參考的例子，因為它們具有氣候變遷的幾個特徵：高溫，酸化，低鹽度等，如Dahms et al 2018所示（圖2）。

　

　

作者：Hans-Uwe Dahms／KMU - Kaohsiung Medical University, Dept. of

Biomedical Science and Environmental Biology；Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University

Revathi Gurunathan／KMU - Kaohsiung Medical University, Dept. of

Biomedical Science and Environmental Biology；KMU - Kaohsiung Medical University, Dept. of Applied and Medicinal Chemistry

Cheng-Han Liu／KMU - Kaohsiung Medical University, Dept. of Biomedical

Science and Environmental Biology

Jia-Fong Hong／KMU - Kaohsiung Medical University, Dept. of Biomedical

Science and Environmental Biology

Arthur James R.／Department of Marine Science, Bharathidasan University

Jiang-Shiou Hwang／Institute of Marine Biology, National Taiwan Ocean

University；Center of Excellence for the Oceans, National Taiwan Ocean University

　

　

　

  隨著水下科技發展以及資源需求日益增多，海洋的開發利用迫在眉睫，而水下環境的複雜性為人類探索與開發海洋資源帶來了諸多困難，水下物聯網可為海洋的利用開發提供新的手段。本文針對水下物聯網做了初步研究，分析了水下物聯網的特徵及其網路架構，在此基礎上探討了水下物聯網研究的關鍵技術、聯網可靠性做法以及在軍民兩用的應用前景。

　

　

　

作者：林澄貴／國立台灣大學海洋研究所物理海洋學碩士