台湾研究海蛇的先驱杜铭章：海蛇的起源故事与“特异功能”

属于「真海蛇」的台湾饭岛氏海蛇（Emydocephalus ijimae）的鼻孔有瓣膜。 摄影：杜铭章
（神秘的研究源故地球uux.cn报道）据国家地理网址（杜铭章）：“我第一次知道黑背海蛇的皮肤能协助呼吸是在硕士时期，那时对于这样的海蛇海蛇能力真是惊奇万分......”
上一篇文章我们谈到海蛇为何无法扩散到大西洋。原因除了地理屏障，先的起也和它们的驱杜演化地区息息相关。 海蛇主要分布在西太平洋和东印度洋的铭章热带及副热带海域，其中印太海域的特异功能珊瑚大三角不但是海蛇种类最多的地区，也是台湾海蛇的种源与扩散中心。
分子生物学的研究源故证据显示全世界的海蛇（共约70种）并非来自共同祖先。 大约在2000万至1500万年前，海蛇海蛇东南亚的先的起陆栖环蛇（雨伞节为典型代表）演化成两个分支。 其中一个分支演变成现今的驱杜「海环蛇」（sea krait），并继承了卵生的铭章特性，所以必须回到陆地产卵。特异功能 也许就是这种限制让它们无法全面适应海洋生活，所以到目前只演化出八个种类。 另一个分支则进入澳洲大陆成为现今澳洲陆栖毒蛇的祖先。 大约在800万至600万年前，某种胎生的澳洲陆栖毒蛇又进入海洋演化成现今的「真海蛇」（true sea snake）。 胎生的特性让它们完全不受陆地限制，并快速扩散与辐射演化出约60个种类，其中一种甚至能随着洋流漂泊各处，也就是我们上一篇提到的黑背海蛇（Pelamis platurus）。 科学家估算这种海蛇大约在300万至100万年前才演化出来，比巴拿马地峡（Isthmus of Panama）完全隔开太平洋和大西洋的时间点（约450万年前）还晚了约150万年以上。
海环蛇和真海蛇虽来自不同祖先，却要面对相同的环境挑战，导致它们的形态适应路径趋同，只是调整的程度有所差异。 其中一种特化是腹鳞的缩小，好让它们的身体能左右压缩。 这种侧扁的身形和尾巴能提高它们在水中的推进力。 有些真海蛇的腹鳞甚至小到和旁边的体鳞无法区分，因此丧失了上岸爬行的能力。
为了避免鼻腔入水，这两类海蛇都能控制鼻孔的开阖。 其中真海蛇的鼻孔不但有瓣膜，位置也移到了吻部上方。 海环蛇的鼻孔则还在吻部侧面，也没有瓣膜，靠得是内部组织的收缩来开关鼻孔。 延长潜水闭气的时间也很重要。 蛇类的肺多只剩下右肺，左肺则退化。 一班来说，若两个肺同时存在于蛇细长的体内，它们的管径必然会太小而影响气体的进出。 细长的蛇身让右肺也相对长很多，导致呼吸时肺后端的气体无法顺利进出呼吸道。 蛇类的肺部因此多分为前后两段，前段密布血管的部位称为血管肺是实际进行气体交换的部位。 后段没有血管且多半很薄的部位则称为气囊，并可储藏一些气体。 海蛇的气囊有明显较厚的肌肉围绕，可有效地将储藏在后段的空气挤压到血管肺。
海蛇憋气时间的长短会因活动和种类不同而有很大的不同。 海环蛇在快速活动时每隔二至三分钟就需要换气一次，如果是缓缓的在水底活动一般都可以维持30分钟左右，如果在水下休息不活动则可以达到一小时左右。 真海蛇的憋气时间通常可达二至三小时，最长的是黑背海蛇的24小时。 目前已知有些真海蛇的表皮能参与呼吸作用;最近的研究更发现青环海蛇（Hydrophis cyanocinctus）的头骨有个特殊的孔洞，让头皮上密布的血管汇集后直接进入脑部，应该和脑部的供氧有关，而且这些氧气应该是从皮肤而非从肺部获得。 真海蛇从皮肤所获取的氧气量多在10%左右，占比较高的种类是剑尾海蛇（Aipysurus laevis）和黑背海蛇，有高达22%的氧气是由皮肤获得。
我第一次知道黑背海蛇的皮肤能协助呼吸是在硕士时期，那时对于这样的能力真是惊奇万分，于是想测试我研究的阔带青斑海蛇（Laticauda semifasciata）是否也有这样的特异功能。 我把水灌满一个透明的箱子并测量水中的氧气含量，接着再将海蛇放入箱内。 我很快就发现它想到水面换气，但换不到气，动作也愈来愈急躁！ 正当我我犹疑着是否要中断实验时，它已开始缓缓下沉！ 我紧急取出瘫软无反应海蛇，甚至帮它作人工呼吸，幸好不久后它就恢复活动了。
在研究期间实验动物有时会被牺牲，但海蛇的生态研究也因经常在潮间带和水底活动，风险相当高。 不久前我们的一位博士生才因为研究海蛇被大浪卷入海里，一个年轻热情的生命就此殒落让人惋惜不已。 我自己研究海蛇期间也多次出生入死，和死亡最接近的一次只隔数秒，限于篇幅容我下一篇再聊。
老杜本名杜铭章，他是台湾研究海蛇的先驱，1986年在中山大学海洋生物研究所攻读硕士时选择海蛇作为他的论文。 深知海蛇研究的困难与高风险，1994年自美国取得博士回国后只从事陆栖蛇类的研究，直到2008年因缘际会又重回海蛇的研究，持续研究六年直到2014年从师大生命科学系退休。 目前定居台东经营有机生态农场并继续推广蛇类保育，在台湾的海蛇或蛇类的生态研究上，他都算是老字号的人物，虽然实际年龄与心理年龄他离老还有一段距离。