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「蛙」招百出,有哪些威猛的超級蛙?

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嘿YO!你可以再近一點~ © Flickr_Charles

跟著本週的動畫日,我們來看看小小不起眼、濕濕滑滑的青蛙們,可以有甚麼拿手本領呢?

黑黃相間的搶眼飛蹼,是黑掌樹蛙的特徵。 Photo from Tim Laman

黑掌樹蛙

當人們談起會飛行的兩爬動物時,絕不會忘記天堂金花蛇(Chrysopelea paradisi)和飛蛙這一對搭檔!從馬來西亞到印尼西方的熱帶雨林裡,有兩種堪稱蛙族最響亮的明星,能夠劃破夜空的一對璀璨綠寶石,一種叫黑掌樹蛙(Rhacophorus nigropalmatus)、另一種叫黑蹼樹蛙(Rhacophorus reinwardtii)。

乍看之下,牠們就和一般東南亞的大型樹蛙一樣,但每當牠們縱然一躍、設法逃離掠食者時,我們就能發現牠那黑得發亮的飛膜:位於四肢趾間發達的蹼。雖然不是真的翱翔天際,但黑掌樹蛙可以靠這個方法滑翔超過15公尺!對生物學家來說,能夠發現這種青蛙更是無盡的感動。勇闖馬來半島12年、間接激起《物種原始》發行的博物學家 – 華萊士(Alfred Russel Wallace),就是當年採集第一隻標本的人。因此,黑掌樹蛙的英文名字就是華萊士樹蛙呢!

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Photo from Wilfried Berns

金黃箭毒蛙

說起自然界最搶眼的警戒色動物,應該非箭毒蛙(Dendrobatidae)莫屬了。這一類住在中南美洲熱帶雨林的嬌小蛙類,不僅種類繁多、體色更是千變萬化,其中尤以金黃箭毒蛙(Phyllobates terribilis)搶下毒性之冠。

箭毒蛙的皮下可以分泌箭毒蛙毒素(batrachotoxins),這種屬於類固醇類的生物鹼,大多具有調節細胞膜上鈉離子通道開闔的功能。部分毒素可以持續地活化通道,使神經或肌肉細胞保持去極化的狀態,甚至可能造成心臟衰竭的危險。

金黃箭毒蛙的毒素量高出其他箭毒蛙20逾倍,一隻金黃箭毒蛙的毒素量高達1900毫克。換算一下,這樣的毒素量可以致死20000多隻的實驗室小鼠;對人類來說,很有可能足以帶走10人以上的性命。值得一提的是,科學家在20多年前發現箭毒蛙的毒素非自己合成的。因為人為圈養下箭毒蛙們都喪失了毒性,除非又給予野外狀況下具有毒性的獵物,才能回復到懷有劇毒的樣子。我們把這樣子轉化獵物(食物)毒素到自己體內、成為自身防禦性武器的動物,稱作「截存者(Sequesterers)」。

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骨刺在壯髮蛙身上不是疾病,而是防身利器 Photo from MailOnline

壯髮蛙

就像X戰警裡的金剛狼一樣,這種壯髮蛙(Trichobatrachus robustus)有隱藏的骨頭爪子。不太一樣的是,這種青蛙必須打斷自己的骨頭來延伸出他的武器!平常的時候,爪子是包埋於一團結締組織當中。

骨頭的一端藉由一大塊膠原蛋白連接著腳趾頭上另一塊小骨頭,另一端則連接著肌肉。哈佛大學的研究團隊認為當青蛙遭受攻擊時,肌肉一收縮、爪子便突刺出蛙的腳趾頭來自衛。不像可收縮式的爪子,這些爪子是由骨頭組成(而不是常見的角質),而且是直接刺穿皮膚出來!

當初發現這項本領的 David Blackburn,就是在2008年喀麥隆採集青蛙時,由指間流出的鮮血發現這件事呢。

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新圖片

雄蛙的護卵行為,可以看這篇的研究文獻(Vockenhuber et al. 2008)。Photograph by U. Karpfen

網紋玻璃蛙

玻璃蛙是一類中南美洲青蛙的俗稱,分類上屬於瞻星蛙科(Centrolenidae)的成員,當然,不是裏頭每個屬的肚子都一樣雪亮透明。有趣的是,影片中的主角,網紋玻璃蛙(Hyalinobatrachium valerioi)有兩個和其他玻璃蛙不一樣的地方,第一是這個屬的玻璃蛙多是由雄蛙負責保護卵 (雌蛙在葉面上產完卵就沒她的事了)。

第二是這個種的雄蛙是24小時的全職褓父(其他同屬物種多只有在夜間守候著卵),因為這樣的護幼行為,使這種蛙卵的孵化成功率大幅提升。不只影片中的胡蜂,某些品種的螞蟻、甚至是螽斯都是這種葉面育嬰室的掠食者,雄蛙幾乎會整天待在葉面上,部分身體會覆蓋其中一團卵團。

更厲害的是,雄蛙還能一次同時守衛七團卵團,分別來自不同的雌蛙。一旦有危險靠近,老爸就會使出踢腿的武功來嚇退飢腸轆轆的掠食者,還有人記錄到把入侵者吃下肚的紀錄呢!

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呆呆傻傻的猴樹蛙很可愛吧 Photo from Pin it.

巨猴樹蛙

在這次負北極振盪發威、全台瘋迷賞雪之前,可別忘了2015年可是年度聖嬰大年,11月時氣溫攀升了到均溫3度之多,年尾時巴黎的氣候峰也會討論出一些近遠程的減碳目標。身處氣候變遷劇動的地球,生活中離不開水的青蛙們,也得有一套適應多變氣候的本事。

來自南美洲的巨猴樹蛙(Phyllomedusa bicolor)晚上覓食好不快活,但到了早上,炙熱的陽光冒出頭,牠們卻不像其他青蛙,絲毫沒有想要躲避的意味。巨猴樹蛙們就這樣趴在枝條上、維持保水的姿勢,讓陽光持續地蒸散掉身上的水分!?原來,為了防止脫水,牠們會由眼睛後方的腺體分泌蠟質的「防曬乳」,然後手腳抹著分泌物塗滿全身,一處都不會遺漏。牠們獨門的「防曬乳」,包含了數百種生化合物,有些還有抗感染和止痛的藥效呢!

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除了上述這五種蛙類奇葩,蛙族超人還多的是呢!像是西高止山的舞蛙們、有著吸血鬼獠牙的樹蛙蝌蚪、以嘴當耳的加氏賽舌蛙、吃下荊棘惡魔果實的變形雨蛙、骨頭武裝色硬化的巴西金蛙、比讚來刺你的日本Otton frog,智利和澳洲的胃育蛙,一個用鳴囊、一個用胃來養小孩,也很獵奇。

最後2015年暑假的研究,來自巴西的布魯諾盔頭蛙(Aparasphenodon brunoi)、和格林寧樹蟾(Corythomantis greeningi),其頭骨就是一副刺蝟樣,棘刺裡頭佈滿了毒腺,可以主動分泌毒液,而且還比當地的矛頭蝮毒液還要毒!總之,我們對大自然充滿天馬行空的想像一點也不為過,因為演化總是有辦法讓某些高手們脫穎而出。

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科學寶可夢 #143 卡比獸:外表看似慵懶、腸道異於常人的巨獸

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身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

巨大身軀,田鼠胃 #143 卡比獸

(圖/ Pokémon Wiki – Wikia)

玩Pokemon GO時打道館最喪氣的是什麼事?對我而言,是遇到卡比獸,明明手指點的很快很用力了,卻還是打不死,最後時間到了GG退出······

這傢伙到底是有多少血啊!想必一定是吃很多才能維持這個體重/血量吧?

而打開寶可夢圖鑑,我們並不驚訝:

每天不吃下400公斤的食物絕不會善罷甘休。吃飽了就會開始睡覺。」(紅、綠、火紅、珍珠、X)

400公斤? 根據圖鑑(註1),卡比獸自己的體重是460公斤,這代表每一天卡比獸能吃下相當於自己體重87%的食物,不只是量很驚人,相對於卡比獸的體重而言也是相當不可思議的比例。

(圖/GIPHY)

進食量大不見得吃得多,和代謝速率有關

先找一些體重跟卡比獸差不多的動物來比較吧。體重500公斤的肉牛,一天吃的食物重11.7公斤;450公斤的棕熊,一天吃10.5公斤的食物;425公斤的北極熊,一天吃10公斤食物······事實上動物的體重越重,絕大多數的時候他們吃的食物就比例上來說會越少,例如100多公噸重的藍鯨,一天需求大概150萬卡路里,會吃下將近3噸重以上的磷蝦(註2)。是很多沒錯,但也不過是牠體重的3%,而上述的幾隻動物食物重與體重比例也不過才2.3%而已。

因為體積越大,身體代謝、循環速率相較下就不會快。

反觀卡比獸食物/體重比高達87%!這數字真是銷魂,你能想像70公斤的你一天吃下61公斤的食物嗎(註3)?所以要找到這種程度的動物,我們勢必要往更小隻的動物尋找。例如蜂鳥,牠可以吃下自己體重2倍的食物。

在有限的資料中翻找一下之後,發現最接近這個比例的動物是田鼠,他們一天吃下去的食物跟體重幾乎是1:1,但人家可是平均生僅3~6個月、每分鐘心跳將近500下的動物啊。

卡比獸與田鼠(誤)比例示意圖(圖/Digital Spy)

100公斤的大便就是狂

而且吃下了這麼多食物,還會衍生出一個問題,就是大便。田鼠的可消化能(digestible energy,DE)大約佔75%,也就是牠吃下去的食物總能量(100%)減去糞便中的能量(25%)的結果(註4)。換句話說,排泄物大概佔攝食量的25%。如果卡比獸消化作用跟田鼠類似,如果都吃一模一樣、成分相同的食物的話,那麼他的大便就會重達100公斤

這樣不行啊!養一隻寵物最麻煩的事之一就是清理大便,相信想養卡比獸的大家一定嚇傻了。

但卡比獸已經相當節制了大家知道嗎?

在R編在找資料的時候發現,在寶可夢遊戲中,卡比獸有一個隱藏的被動能力,叫做暴食。就是一般的樹果只能恢復25%生命的時候,他能恢復50%。如果把恢復當作是攝食的話,那就表示如果卡比獸吃的不是樹果,那就要攝取2倍的量,也就是800公斤的食物,一顆蘋果重大概250克,所以他一天就要吃掉3200顆蘋果(註5)。

你在跟我開玩笑嗎?小霞搬個木頭怎麼這麼輕鬆啊~(圖/GIPHY)

吃完之後就躺下來,等著牠不符合體型標準的消化系統快速運作,然後起來繼續吃,因為你已經消化完了······怎麼覺得當一隻卡比獸好像壓力蠻大的?

註解

  1. 其他敘述還有「就算有些發霉的東西也毫不在意地吃下去。肚子並不會吃壞。」(黃、銀、水晶、鑽石、魂銀);「飽餐之後,就算是動動手指都很困難,所以爬上它的肚子都沒關係。」(紅藍綠寶石、白金、黑白)等等,後者真的不要做,如果被牠壓到,可不是包紮一下就可以解決的。
  2. 藍鯨體型差異極大,作者找到的資料從100公噸出頭到200公噸都有,但3.6公噸的磷蝦並沒有其他資料可以參考。
  3. 61公斤的食物有多少呢?舉個例子來說,麥當勞「宣稱」一個大麥克有240克,61公斤就是254個大麥克。嗯~飲食還是健康點好。
  4. 整個消化食物的能量結構有總能(GE),減掉糞便中的能量後得到可消化能(DE);DE減掉尿和氣體蒸散掉的能量得到代謝能(ME);ME再減掉熱量散失得到淨能量(NE)。雖然用這個方法推估糞佔食物的量不是很正確,但這是我最能找到的田鼠數據了。
  5. 就算卡比獸10秒吃一顆,牠也要吃將近9個小時才吃得完,再加上睡覺時間,卡比獸一天剩多少時間戰鬥呢?

參考資料:

  1. Pokemon Database
  2. ANIMAL WEIGHTS and their FOOD AND WATER REQUIREMENTS
  3. Digestible Energy in the Equine Diet

  4. A method of estimating diet digestibility in wild meadow voles

  5. 聯合國糧食及農業組織 (FAO Corporate Document Repository: Animal nutrition)
  6. 維基百科 (田鼠藍鯨消化作用

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魚鷹:如滑翔機俯衝入水的魚之獵人

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  • 文/嚴融怡|曾就讀中興大學土壤環境科學系,目前在中央研究院地球科學研究所擔任助理,並且在台北鳥會、胡適國小等地擔任生態解說志工;喜歡生態學、環境科學、地球科學、生物學、與科學史等領域,對科普教育和環境教育有著很大的興趣。居里夫人曾說:「我們應該不虛度一生,應該能夠說我已經做了我能做的事。」希望一生都徜徉在科學的星河當中。

最近如果大家有空到一些開闊的水域,如翡翠水庫、新店直潭、金山海邊、鰲鼓濕地、屏東龍鑾潭、蘭陽溪口等地,可以多多觀察一下魚鷹這種猛禽喔。

魚鷹體型可達60多公分長,雙翅展開則可達180公分左右。牠的眼上帶有黑色的眼罩。背部黑色而腹面白色。飛行時常常呈現「弓翼飛行」的M字型,因此賞鳥人常會戲稱為「麥當勞鳥」。魚鷹啾啾的叫聲頗為可愛,不太有某些猛禽的威儀。但牠們平時其實並不愛叫。

魚鷹在台灣是春秋過境鳥與冬候鳥,是一些開闊水域很常見的猛禽。腹面很顯著的白色,翼下覆羽與胸腹成白色V字型,頭部的黑色過眼線,以及飛行時以「弓翼飛行」的M字形都是牠可被觀察到的特點。圖/作者提供。

唯一能全身入水捕魚的猛禽

魚鷹存在於南極洲以外的各個大陸,是世界分布最廣的掠食性鳥類之一。牠的英文是"osprey",有時也被稱為"fish hawk"。在古代"osprey"這個單字既可泛指魚鷹,也可指稱仕女裝飾帽子的鷺鷥羽毛。猛禽魚鷹在古代中國的古籍中也常被稱為「鶚」;另外有一類海鳥鸕鶿,也常被稱為「魚鷹」,因此古籍有時會有錯亂的情形。

魚鷹也是世界上唯一可以全身衝入水中抓魚的猛禽。牠們有兩項使羽毛防水的利器:尾脂腺周邊小管的細胞具有鈣離子沉澱,而且尾脂腺分泌物的油脂比例偏高。獵捕時,牠們會在空中以固定路線來回低空巡弋,在適當時機鼓起雙翼,俯衝入水抓魚。

牠們的目標通常是體積較小、游動很快的魚(譬如沙丁魚類),一旦目標接近水面,牠們就會低空飛越水面--如同滑翔機伸出起落架一般--瞬間伸出利爪掃過水面,抓起獵物,御風飛起,然後飛到某處枝頭上享用獵物。順帶一提,牠們具有可轉動的外趾以及腳掌特殊的刺狀(spiculated)結構可協助抓魚。

魚鷹的爪子有著粗糙的表面並且佈滿尖銳如刺的「刺鱗」,可增加抓魚時爪面和光滑魚體之間的摩擦力,增加獵捕的成功率。圖/作者提供。

合力養育幼雛的魚鷹夫妻

魚鷹是一夫一妻制的猛禽。母魚鷹會以嘹亮的叫聲乞求餵食和交配,有部分研究認為若是公魚鷹帶回的魚數量越多、或是魚體越大,交配的次數就越多,求偶餵食後的交配行為、維持較久、也較易成功。但是,也有部分研究認為沒有證據顯示母鳥以交配來換取食物。

魚鷹是典型男主外,女主內的猛禽。孵蛋時由雌雄合作分工,但育雛期間則由公鳥主要負責巢中母子的食物供應,而母鳥則負責顧巢。在臺灣其實一直有些地點有著穩定的魚鷹族群,有的賞鳥人甚至曾在新店廣興的夏天看到過魚鷹,因此也有人曾懷疑魚鷹已經有在台灣繁殖的情形,但關於這點還有待更進一步的研究。

騷擾搶劫的受害者

魚鷹有個特點:牠通常只吃自己捕獵的新鮮魚體。有時候魚鷹常因此被其他食魚鳥類加以騷擾、攻擊,伺機掠奪牠爪上剛捕獲的鮮魚。

在繁殖期間如果被騷擾攻擊的頻率過高,有時會對育雛造成重大的影響。在台灣,我們也常可觀察到巨嘴鴉或是黑鳶所對魚鷹的攻擊行為。

魚鷹生性不好鬥,通常都會自行捕獵活魚。而這樣的特點也讓魚鷹時常遭致其他鳥類如黑鳶和巨嘴鴉等騷擾者的劫掠,生態學上又稱為盜食寄生(Kleptoparasitism)。巨嘴鴉算是滿常和魚鷹發生空中追逐戰的鳥類,除了搶劫漁獲以外,巨嘴鴉也時常和其他鳥類爭奪地盤。圖/作者提供。

魚鷹的科學研究

魚鷹目前在分類學上只有一科一屬一種,但是有四個不同的亞種。

作為遷徙性的候鳥,魚鷹具有穩定的遷徙路線,牠們經常會重返舊巢進行修補和再利用,對巢位十分的念舊。這些特點使得魚鷹成為研究候鳥與生態系統變遷、或是作為環境汙染指標很好的研究對象。

牠們在近代歷史上也曾經是被DDT農藥所影響導致蛋殼變薄的猛禽之一。而時下也還是有科學家以牠們作為水域汙染物質(如重金屬汞)的重要指標生物,通常是採集這些鳥類的羽毛作為分析之用。

在台灣,魚鷹在近幾年曾有過救傷照護的相關紀錄,但在單一物種的生態調查研究、以及毒物生理研究方面,前人的研究數據則較少,是滿值得未來進行學術探討的領域。

 

參考資料

  1. 魚鷹(中華民國野鳥學會)
  2. 中西醫接力 搶救魚鷹大作戰(台灣動物新聞網)
  3. 魚鷹 (台灣猛禽研究會)
  4. Osprey (ARkive)
  5. Osprey Tales
  6. Pandion haliaetus (Osprey) – IUCN Red List
  7. Osprey, Identification, All About Birds – Cornell Lab of Ornithology

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為何小強殺不死?蟑螂的生存之道──《當蟑螂不再是敵人》

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  • 【科科愛看書】「啊,有小強!」一想到蟑螂,就讓人咬牙切齒,恨不得抄起拖鞋除之而後快。不過,這樣的方法真的有效嗎?為了面對這邪惡、強大又無所不在的傢伙,我們當然必須知己知彼,才能百戰百勝啊!與其討厭牠們,不如來學學牠們生存的不敗法則吧!一切祕笈盡在:《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略

殺不死的小強,我們揮之不去的夢魘

在一九四九年出版、獲得美國國家圖書獎的《金臂人》裡,艾格林罕見地犯了一個錯誤,在他露骨的描繪中,蟑螂血是一種深色液體,被用來當成噁心的討酒手段。但事實上,流貫蟑螂全身的血液是一種無色的透明液體,當牠堅硬的外殼(也就是外骨骼)被刺穿或壓碎時,會噴出一種很像膿或包皮垢的米白色物質。想當然,這個橋段並未出現在由普里明傑(Otto Preminger)導演、法蘭克.辛納屈(Frank Sinatra)主演的改編電影中。

這種略黃的米白色物質其實是脂肪,內含蟑螂的器官、神經和循環系統,這層厚厚的糊狀物位在堅硬的外殼與柔軟的內臟之間,稱為脂肪體,蟑螂的新陳代謝大多在此進行;這裡也儲存氮和其他養分,可在缺糧時維繫生命。

美國最常見的德國蟑螂(Blattella germanica),也就是我們最常在廚房裡看到的種類,在沒有食物的情況下,只要有水就可以存活四十五天;如果既沒有食物也沒有水,牠們依然可存活兩週以上。其他蟑螂的壽命更長,尤其是第二常見的美洲家蠊(P. americana)。只要有水就能存活九十天;實驗室裡的美洲家蠊,就算不吃不喝也能活四十幾天。而無論是哪種蟑螂,雌性不吃不喝的存活時間都比雄性更長。

點一下開燈你會看到:居家常見蟑螂:A:德國姬蠊(德國蟑螂)(Blattella germanica)、B:美洲蜚蠊(美洲家蠊)(Periplaneta americana)、C:澳洲蜚蠊(Periplaneta australasiae)、D和E:雌性和雄性的東方蜚蠊(Blatta orientalis)。圖/wikimedia commons

蟑螂都是天生的生存高手。雖然求生能力強的昆蟲並不少,但就目前所知,蟑螂是地球現存最古老的昆蟲,不愧是極成功的演化設計。蟑螂跟其他昆蟲一樣有六隻腳,外殼的成分是甲殼素(又稱幾丁質);頭部永遠都低垂在背甲之下,前方伸出一對觸角,從側面看,蟑螂就像總是低著頭。油亮的外骨骼與體型使牠能夠擠進極度狹小的空間裡。

生存守則一:不挑食才可以活得久

牠可以從各種物質裡攝取養分,野生蟑螂的食物種類繁多,包括植物殘骸、真菌、木頭、動物糞便,幾乎是有什麼就吃什麼。被歸類為雜食性(什麼都吃)的動物為數眾多,但像蟑螂如此名實相符的少之又少。生活在人類身邊的蟑螂都是人類吃什麼、牠就跟著吃什麼(除了小黃瓜,聽說蟑螂非常討厭小黃瓜)。很多人類寧願餓死也不肯吃的東西,蟑螂卻可以開心吃下肚,例如膠水、糞便、頭髮、腐葉、紙張、皮革、香蕉皮、其他蟑螂、人類(無論死活),還有酸掉的溫啤酒(據說這是蟑螂的最愛)。

人類的冰箱就是我的冰箱~圖/youtube

蟑螂比恐龍早出現一億五千萬年、比人類早三億年,最早的蟑螂化石可追溯到西元前三億兩千五百萬年的石炭紀,那個時期留下的每一種昆蟲化石都代表一個物種的滅絕, 唯獨蟑螂例外。從伊利諾州含煤層裡挖出來的蟑螂化石,跟今日生活在同一塊土地上的蟑螂幾乎毫無二致。石炭紀的蟑螂數量龐大,多到有時也稱為蟑螂時代;時至今日,蟑螂依然數量龐大。過去兩個世紀裡,已發現和命名的蟑螂種類超過五千種。科學家相信, 尚未被發現的蟑螂種類也有五千種左右。蟑螂屬於蜚蠊目(Blattaria), 這個單字源自希臘語的 blattae, 也就是古希臘人所謂的居家害蟲。

蟑螂的昆蟲近親是白蟻跟螳科昆蟲,如螳螂。這兩種昆蟲(以及蟋蟀跟蚱蜢)都和蟑螂一樣沒有牙齒,而是用口器撕、扯、碾、磨;寬廣的前翅很少用來飛行,因為牠們幾乎不飛。過去這幾種昆蟲被歸類在直翅目,但後來蟑螂有了自己的分類。

蜚蠊目底下共有五個科,其下約有一萬個種類。在我們平常的居住空間裡,只看的到少數幾種蟑螂(不到一百種);但身為偏好炎熱潮溼的昆蟲,熱帶叢林或許是蟑螂最喜歡的環境。一九八三年有位科學家在巴拿馬叢林裡,只設置了六個陷阱,就捕獲到一百六十四種不同的蟑螂。

生存守則二:四海為家的風流小強

無論如何,蟑螂並不受限於特定的生存環境,牠們可以在各式各樣的地方生活,包括阿拉斯加的柴堆底下、哥斯大黎加熱帶叢林的樹冠、千里達雨林裡會集水的鳳梨科植物、澳洲的地洞、中亞兩千公尺的高山、阿根廷的沼澤、婆羅洲的洞穴,還有肯亞乾旱帶的灌木叢。無論住在什麼地方,蟑螂都可以開枝散葉。但數千種不同的蟑螂之中,大部分不會跟人類有交集。如果造物者真的存在,只能說祂特別眷顧蟑螂,因為蟑螂的構造獨冠全球,蟑螂無庸置疑是生物演化極致的呈現。

熱帶叢林或許是蟑螂最喜歡的環境。一九八三年有位科學家在巴拿馬叢林裡,只設置了六個陷阱,就捕獲到一百六十四種不同的蟑螂。圖/Heath Alseike @ Flickr

因此,人類可以從蟑螂身上學到的東西,遠超過蟑螂可從人類身上所學。此話並非空言,因為人類持續花費大量的時間與金錢研究蟑螂。蟑螂的生理及行為,每個面向都有相關科學研究,而且文獻數量多得驚人,早在十九世紀就有蟑螂繁殖機制的研究與討論。雖然蟑螂和人類顯然大不相同,但蟑螂被視為神經生物學的絕佳模式動物。

一般認為蟑螂完全依本能行動,是一種單純、有感知的機器,特別適合生物學研究。生物學系的學生最愛解剖美洲家蠊,因為牠體型大、數量多。「我們可以合理推測,在實驗台上遭到肢解的昆蟲裡,數量最多的就是蟑螂;被放在顯微鏡底下觀察的蟑螂口器數量也遠超過其他昆蟲。」康威爾(P. B. Cornwell)在他一九六八年的著作《蟑螂》(THE COCKRAOCH)一書中如此寫道。

生存守則三:躲過殺蟲劑的槍林彈雨

想當然,靠著日復一日研究蟑螂,賺取豐厚薪水的博士不在少數。截至一九七○年代,大部分的蟑螂研究都與生物學有關,包括蟑螂的身體如何運作、如何繁殖、該如何歸屬分類。一九七○年代之後,關於蟑螂社會與生活行為的研究迅速增加,這些研究資金多半來自製造與販售殺蟲劑的化學公司,他們的產品會擾亂蟑螂的行為、控制與(或)消滅蟑螂。因為自從床蝨已五十年左右未出現,蟑螂成為許多已開發國家最煩人的居家害蟲。

也因此,除了科學家,還有另一群專業人士靠蟑螂賺大錢:除蟲公司。害蟲防治每年都可賺進大把鈔票,尤其是殺蟑。根據美國農業部統計,每年用來消滅蟑螂、螞蟻、老鼠與白蟻的開銷約為四十億美元。最近有項研究指出,消滅蟑螂的花費約為兩億四千萬美元。

對除蟲公司來說,消滅蟑螂是一筆可觀的大生意。圖/Wallpapers Charlie

十八世紀的瑞典博物學家卡爾.林奈(Carolus Linnaeus)為蟑螂取的學名,並無法精準反映牠們的發源地。例如艾格林小說裡,那隻在寡婦維茲瑞克的吧台上爬來爬去的蟑螂,非常有可能是一隻德國蟑螂;據信德國蟑螂最初是跟著腓尼基人從非洲橫越地中海,然後散佈到俄國、歐洲,最後再到美洲。大部分北美城市居民在夜裡開燈時,看到四下逃竄的蟑螂,應該都是德國蟑螂,也是除蟲公司最重要的衣食父母。這種體型較小的棕色蟑螂,多半住在公寓或平房裡的廚房和浴室。

美國常見的居家蟑螂有五種,德國蟑螂是其中一種(另外還有六十四種住在離人群較遠的地方,有可能一輩子也見不到),也是最常見的一種。德國蟑螂的翅膀是祖先遺留下來的構造,由於已退化,因此不會飛。大部分的蟑螂都有翅膀,但很多都是中看不中用。不過,美國第二常見的蟑螂偶爾還是會飛一下,也就是前面提過的美洲家蠊;有些人委婉稱之為「水蟲」。

一般人叫牠們美洲蟑螂,但其實牠們並非源自美洲,而是從非洲搭乘奴隸船過來的。

美洲蟑螂呈深棕色,體型比德國蟑螂大很多,身長可達五公分,較常出現在美國南部與亞熱帶地區。不過美洲蟑螂的適應力很強,在紐約市任何一棟大樓地下室的鍋爐附近耐心觀察,都有機會看見牠們。牠們喜歡住在下水道、地下室等潮溼陰暗的地方。


 

 

 

本文摘自《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略》紅樹林出版。

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等不到天黑,小強不敢太鬆懈──《當蟑螂不再是敵人》

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  • 【科科愛看書】「啊,有小強!」一想到蟑螂,就讓人咬牙切齒,恨不得抄起拖鞋除之而後快。不過,這樣的方法真的有效嗎?為了面對這邪惡、強大又無所不在的傢伙,我們當然必須知己知彼,才能百戰百勝啊!與其討厭牠們,不如來學學牠們生存的不敗法則吧!一切祕笈盡在:《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略

白天不懂夜的黑,你不懂小強的美

蟑螂是夜行動物,白天都在睡覺,或在棲息處懶散地消磨時間。若白天看見蟑螂出來遊蕩不是好現象,因為這表示棲息處裡的蟑螂數量多到牠們不得不離開、走進明亮的地方,這是蟑螂大量滋生的跡象。並非所有的蟑螂都是晝伏夜出,但是居家蟑螂全數如此。

地球上也有白天出來活動的野生蟑螂,不過人類對於野生蟑螂的習性所知甚少,還有幾千種尚待收集與分類,更別提研究。相反地,為了消滅居家蟑螂,牠們的生活方式已被徹底研究。

一般而言,居家蟑螂和人類過著平行的生活。牠們躲在壁紙後面、藏在櫥櫃的縫隙裡、冰箱底下,或是在馬桶水管附近。蟑螂晚上出來活動,尋找食物、水和交配對象。儘管蟑螂跟人類使用相同的空間,而且各自進行日常作息的時候只相隔數公分,但是彼此打照面的機會很少,很可能從出生到死去、整個世代都不曾被人類看見。

蟑螂可能就躲在冰箱後面或下面的縫隙中,與人類過著平行的生活。圖/Yoshitomo Oda @ Flickr

弄瞎小強,它會不會在白天跟你打招呼?

過去五十年,神經生物學家花費比以往更多的時間與資源,研究蟑螂的日夜節律。日夜節律指的是「生理時鐘」調節的作息、進食與睡眠等行為,據信大部分有意識的生物都有日夜節律。研究日夜節律的人特別喜歡用蟑螂做實驗,一九五五年,英國劍橋的昆蟲學家珍奈特.哈克(Janet Harker)把黑色顏料塗在蟑螂頭上,她刻意弄瞎蟑螂,想知道在無法利用視覺分辨日夜的情況下,蟑螂能否維持晝伏夜出的節律。

她發現蟑螂會慢慢改變作息;跟控制組的正常蟑螂相比,瞎掉的蟑螂在白天的某些時候比較活躍,晚上沒精神的時間也比較長。但是,若把正常蟑螂的食道下神經節移植到瞎掉的蟑螂體內,瞎掉的蟑螂又恢復了原本的日夜節律。因此,她推論蟑螂的作息是由神經節透過神經內分泌所控制

在無法利用視覺分辨日夜的情況下,蟑螂能否維持晝伏夜出的節律?圖/Lucio Virzi @ Flickr

該研究發表的十二年後,英國劍橋另一位研究者約翰.布萊迪(John Brady)在《實驗生物學期刊》裡刊登了一篇文章,開頭就提及哈克的研究:「目前極少生物的生理時鐘已獲得明確證實,但其中兩種無脊椎動物的生理時鐘記錄得非常詳實。」他在文章後面提到自己嘗試複製哈克的實驗卻以失敗告終,但仍斷定蟑螂的大腦裡必定有一個控制日夜節律的機制,「一個電子節律器」。這些實驗,以及往後的許多實驗,都是以二十四小時為週期,測量蟑螂的活動。

斷開視葉、斷開魂結、斷開神經的牽連

四分之一個世紀以來,全球有十幾個生物學家,致力於尋找蟑螂的電子節律器。其中一位是范德比大學的泰瑞.佩吉(Terry Page),他已追尋超過二十年,主要資金來源是美國國家科學基金會。佩吉說要讓我看看蟑螂的大腦,我跟著他走進實驗室旁的小房間,他養的美洲蟑螂就住在那裡。這種又長又黑的蟑螂,有個比較文雅的別名叫「水蟲」。這個無窗的小房間裡有股熟悉的蟑螂味道:難聞又刺鼻的霉味;彷彿陰暗角落裡有潮溼的紙板,層層堆疊在小動物的屍體上。他把手伸到塑膠桶裡,用拇指跟食指捏起一隻長長的、閃亮的美洲蟑螂。

我們走回實驗室,佩吉把蟑螂放進一個有蓋的塑膠盤裡,塑膠盤接著一條管子,二氧化碳經由管子灌入塑膠盤以麻醉蟑螂,這隻美洲蟑螂的觸角立刻動也不動。佩吉拿起另一個圓形的小塑膠盤,它的邊緣有一個V字型缺口,昏迷蟑螂的頸部剛好可以放在缺口上,牠只有頭伸出塑膠盤,身體則留在盤內。塑膠盤底下是一個固定托架,正上方有具解剖顯微鏡。以肉眼來看,蟑螂頭只是一顆棕色小球;但是,在顯微鏡底下,複眼加上昆蟲口器的蟑螂臉,看起來活脫脫就像惡夢裡的巨蟲。

「這是一件相當有趣的事。如果你看過的蟑螂頭跟我一樣多,你會發現每隻蟑螂的長相都不一樣。」佩吉告訴我,「每張臉都有些微差異。」

他一邊說話,一邊用單刃刀片搭配鑷子,劃開蟑螂額頭的正中央,把兩片頭皮往後剝開,用兩塊小小的白色膠帶把頭皮分別固定在兩側,這是一小團色如灰珍珠的蟑螂大腦。佩吉說經過多年實驗,研究人員發現,就算切斷眼睛和大腦之間的神經,蟑螂的日夜節律依然維持不變,但如果切斷視葉和大腦之間的神經,生理時鐘就會被打亂

「因此許多研究人員,包括我自己,都開始尋找視葉裡控制日夜節律的區域。我們逐步縮小視葉的損害範圍,並且取得了一致的結果:日夜節律仰賴的區域是分散的。當然,用損害的方式無法確知自己損害了什麼,你可能沒有直接破壞生理時鐘,卻依然改變了行為。」「損害」蟑螂的大腦是什麼意思?

「基本上就是以電解的方式。將一根針磨利之後,裝在顯微操作器上,它可以非常精準地刺中目標。」佩吉說,「把針刺進蟑螂大腦裡,讓微小的電流通過這根針,針頭會發熱,藉此損害極小部分的大腦,例如直徑五十或一百微米的球形區域,燒毀範圍取決於電流強度。」

他撕開固定頭皮的膠帶,用低熔點的蠟把兩片頭皮重新黏合在額頭上。我們在他的研究室裡聊天時,他說五到十分鐘後蟑螂就會醒來,看起來完好如初,「我的研究顯然不能直接應用在人身上,但我感興趣的是基本生理作用,我們可以合理假設這些作用是跨物種的。」

「我開始做蟑螂實驗時,其中一個問題是,能不能找到生理時鐘的位置? 它是一個獨立的局部結構?還是大量分散但互相連接的細胞,不同的細胞處理不同的功能?」

「當時這個問題之於任何生物,都沒有明確答案,所以似乎是一個普遍的謎。相關研究也可用來解決人類的時差。雖然蟑螂的觀察結果無法直接應用於人類,卻能提供基礎概念,不僅能簡化複雜生物的實驗,也會更有研究方向。如果相同的實驗在蟑螂、蝸牛、青蛙跟魚身上都得到相同的結果,就更有理由相信這是一個生物通則。」

佩吉說話時靠著椅背。他高高瘦瘦、看起來很健康,一隻手靠著下巴,若有所思地用拇指跟食指輕碰下唇,就是剛才從塑膠桶撈出蟑螂的拇指跟食指。

當小強擠在一起,就是溫馨的感覺

在蟑螂的世界沒有幽閉恐懼症這回事,環境越封閉、空間越狹窄,蟑螂就越有安全感。如果可以,每一種居家蟑螂都願意天天跟同伴一起擠在狹小的空間裡,越擁擠越好,最好全身上下都有被觸碰的感覺。這種對觸碰的喜愛,科學家稱之為正趨觸性,德國蟑螂就是最佳典範。德國蟑螂選擇的空間幾乎都介於 0.15 到 1.2 公分之間,0.6 公分是最剛好的狹窄程度,如果四面八方都擠滿蟑螂會更棒。

每一種居家蟑螂都願意天天跟同伴一起擠在狹小的空間裡,越擁擠越好,最好全身上下都有被觸碰的感覺。圖/Boinink @ Flickr

研究人員很久以前就發現,落單的蟑螂,蛻皮時間拖比較長,進入成年期的時間也比較晚。我們可以合理假設「家」對蟑螂的定義,就是一大群蟑螂舒服地住在一起。但這並不代表蟑螂群落永遠天下太平,每一隻蟑螂未必都能從其他蟑螂身上得到源源不絕的滿足感。

蟑螂跟許多物種(包括人類)一樣,都有雄性攻擊的慣例;因應不同等級的衝突,牠們有屬於各自的攻擊行為,最基本的攻擊是威脅姿勢,再來就是揮動觸角與啃咬。當不同性別的蟑螂相遇時也會揮動觸角,藉此判斷母蟑螂是否發情。性和領土似乎是公蟑螂打鬥的主要動機,但是牠們不會爭到你死我活,而是只要有一方撤退就休戰。

關於蟑螂在一般情況下的活動範圍有多大,這個問題還沒有明確的答案。一九五○年代曾做過下水道的蟑螂實驗,把做了記號的蟑螂從人孔蓋送入下水道,然後設置陷阱重新捕捉這些蟑螂,不過並未獲得一致的結果。有些顯示蟑螂平常的活動距離是兩百七十公尺左右,有些則提出,季節與數量密度都會決定蟑螂的活動範圍。


 

 

本文摘自《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略》紅樹林出版。

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飛鳥也會傍地居,一探泥巢鳥的溫馨住宅!

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  • 文/嚴融怡|曾就讀中興大學土壤環境科學系,目前在中央研究院地球科學研究所擔任助理,並且在台北鳥會、胡適國小等地擔任生態解說志工;喜歡生態學、環境科學、地球科學、生物學、與科學史等領域,對科普教育和環境教育有著很大的興趣。居里夫人曾說:「我們應該不虛度一生,應該能夠說我已經做了我能做的事。」希望一生都徜徉在科學的星河當中。

一般人討論土壤生態系的成員時,往往會以微生物為主體;有的會研究土壤中甚為重要的環節動物--蚯蚓,或是土壤昆蟲,例如膜翅目的螞蟻、蜚蠊目的白蟻與部分土棲的蟑螂,以及一些鞘翅目和半翅目的土棲幼蟲等,還有其他的小型節肢動物,例如等足目的鼠婦;大型動物的部分,可能會想到鼩鼱目的鼴鼠,和一些會鑽地道的嚙齒目鼠類等等。鳥類與土壤生態系的關係則比較少人在討論。

其實有不少鳥類的生活史也和土壤有密切的關係,這包括了育雛階段穴居於土洞的鳥類,以及築巢會使用到土壤材料的鳥類。這些鳥類雖然只有某一階段會運用到土壤環境,卻是聯繫土壤生態系與其他陸域及水域生態系重要的一環。

掘土築巢:自己的家自己挖

翠鳥科(Alcedinidae)有不少物種都是掘穴築巢者,例如翠鳥和斑翡翠。翠鳥通常會選擇河岸邊陡直的土坡育雛,利用雨季沖刷掉邊坡植被、形成裸露土坡的時期挖洞營巢,育雛期間由雌雄鳥共同分擔孵卵的工作。近幾年在臺灣,由於水泥堤岸日益取代土堤,加上氣候變遷使得降雨頻率不規律,使得翠鳥可營巢的地方日趨減少。

翠鳥的築巢需要有河川旁邊的土坡。因此水泥化的堤岸對牠們的育雛不利。圖/作者提供

與翠鳥科同樣屬於佛法僧目的蜂虎科鳥類,也會挖掘土洞或運用天然的樹洞與岩縫作為巢穴。蜂虎科鳥類的築巢方式與翠鳥相似,成群在河岸附近的砂質峭壁或水邊的土坡上掘穴築巢,挖洞由雌雄鳥輪流進行。

蜂虎有時會集體營巢(colonial breeding),有時則單獨營巢(solitary breeding)。

蜂虎的群聚築巢可以協助牠們增加巢位上的防衛能力以及透過群體覓食增加覓食效率等。圖/作者提供

燕科(Hirundinidae)鳥類有大半的鳥巢巢材都與土壤相關。一些早期發展的燕科鳥類,例如棕沙燕、灰沙燕等物種,也會以掘穴為營巢的方式。

棕沙燕的繁殖期在三到七月期間,營巢方式與翠鳥相似,但是牠們的生活群聚性很高,會成群在河岸的砂質峭壁或土坡上掘洞築巢,挖洞也是由雌雄鳥輪流進行。

以燕科和蜂虎科鳥類的集體掘穴聚落來說,牠們群聚的巢窩其實是很類似人類的社區一般。集體繁殖對這些鳥類的好處很多,包括增強對於入侵者的偵查、彼此守望相助以加強巢位上的防衛;群體覓食也能增加覓食效率,並提高幼鳥存活率。

棕沙燕是典型的穴居型燕科鳥類。圖/作者提供

興土木的鳥界有巢氏

燕科鳥類築巢能力較為演進的物種則是一些泥巢鳥(mud nest birds),牠們有辦法以濕泥、乾草等素材混合唾液來塑造碗狀泥巢(例如家燕、洋燕等)。其中築巢最極致者,還能製造封閉型的泥巢(例如赤腰燕和美國的崖燕)。牠們的泥巢相當的精緻,除了穩固的外巢結構,還提供幼雛穩固又柔軟的嬰兒床。以赤腰燕舉例,用泥丸砌好巢形後,通常還要花上一週以上的時間來鋪設巢內環境,且經常使用從其他地方撿拾來的羽毛。

由於泥巢鳥通常會運用土壤作為巢的接著劑,或直接以土壤作為巢窩主要的塑形結構體,因此不同的燕子,對於土壤的選擇其實會有一些不同。不同的燕科鳥類,對泥巢修補上的土壤採集也會有不同的情形。

Delbert等人在1970年代的研究曾發現美國的崖燕和家燕在建造鳥巢時,崖燕所選擇的泥土(mud)相較於家燕有較高的砂粒含量與較低的坋粒含量。高砂量的土壤很可能有利於改善崖燕在築巢進行操作與塑形時的容易度。在土壤有機質的部分,家燕的巢喜歡參入一些草莖、馬鬃與羽毛等較大的物質,而崖燕巢則含有少量的種子與其他細粒物質。崖燕的巢看起來就像好幾個曲頸瓶聚集在一起,對崖燕來說牠們可能想要排除掉一些笨重龐大的材料物質,然而對家燕而言那些粗大的草莖卻是用來綑綁土塊的好材料。

自然界當中還有一些鳥類也善於使用泥土來作築巢材料,像是澳洲的灰鴕鷚(Struthidea cinerea鵲鷚(Grallina cyanoleuca),都是以能在樹枝上建造碗型泥巢而著稱的鳥類。

通常如果在河灘地上看到赤腰燕,牠們多半正在撿取泥土或其他材料作為巢材。圖/作者提供

有些鳥類十分喜愛複雜的土洞、但自己不會修築,因此採取和其他物種合作的方式,像是穴鴞(Athene cunicularia)就依賴草原犬鼠淘汰的舊巢穴,牠們則負責幫草原犬鼠協防抵禦較大的掠食者。穴鴞還很喜歡收集牛糞來作為巢穴的填塗材料,牛糞不僅可以調節巢穴的微氣候,還能用來吸引昆蟲的聚集,便於直接在自家門口覓食,有利於哺育幼兒。

紐西蘭的大斑幾維鳥(又稱為大斑鷸鴕,Apteryx haastii),平時喜歡待在巢穴當中。通常巢穴挖成之後會先讓苔蘚與雜草生長覆蓋幾個星期後才進駐,讓偽裝作得更好。牠們甚至還會開挖數十到一百個洞穴作為躲藏之用,且每天都會改變棲息的洞穴。並且通常在夜間才會出來活動捕食各類底棲昆蟲和小型動物。

 

大斑幾維鳥平時故意挖掘很多個洞穴有助於躲藏,育雛也是在洞穴中進行。圖/作者提供

自然界有一些天然土洞或岩洞也是很多鳥類喜歡進駐棲息的居所,像油鴟(Steatornis caripensis)、金絲燕屬(Aerodramus)的鳥類或是一些貓頭鷹等等。油鴟和金絲燕為了應對洞穴中的活動,還會使用類似蝙蝠的回聲定位法;不過牠們用來回聲定位的聲音是我們耳朵可聽得到的頻率;油鴟的聲音非常吵雜,加上牠們喜歡群聚,國外曾有電視節目錄製了牠們在洞穴當中可怕的吵雜聲響。

這些依土而居的鳥類其實在自然界的生態當中也有著很多有趣的事物。

 

參考資料

  1. 王怡平、袁孝維。金門栗喉蜂虎營巢地及生殖族群變遷監測。國家公園學報 15(2):31-41, 2005。
  2. 袁孝維、王力平、丁宗蘇。金門島栗喉蜂虎(Merops philipennus)繁殖生物學研究。國家公園學報 13(2): 71-84, 2003。
  3. 劉小如、丁宗蘇、方偉宏、林文宏、蔡牧起、顏重威。台灣鳥類誌第二版。行政院農業委員會林務局。
  4. 重返台灣河川 小小翠鳥要成家(環境資訊中心)
  5. DELBERT L. KILGORE, JR. AND KATHY L. KNUDSEN. ANALYSIS OF MATERIALS IN CLIFF AND BARN SWALLOW NESTS: RELATIONSHIP BETWEEN MUD SELECTION AND NEST ARCHITECTURE. DEPT. OF ZOOLOGY, UNIV. OF MONTANA, MISSOULA 59801. ACCEPTED 1 AUG. 1976.
  6. Great spotted kiwi (Apteryx haastii)(ARKive)
  7. Signe Brinklov, M. Brock Fenton, and John M. Ratcliffe. Echolocation in Oilbirds and swiftlets. Front Physiol. 2013; 4: 123.

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想成為未來的保育戰士?就從「未來地球生態學程」開始吧!

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人口爆炸、氣候變遷、經濟發展等人為因素,對地球生態造成前所未有的巨大壓力。這是大家耳熟能詳的,但究竟實際狀況有多嚴重呢?

生物多樣性正急速降低,物種滅絕速率遽增百倍以上;許多物種在生物學家還未有機會認識之前,就已遭遇滅絕的命運。生態系統環環相扣,失序的自然將直接威脅人類的健康和經濟。

高等教育的專門化和務實化,讓博物學家(naturalists)成為稀有學者,有能力認識地球各種生物的生物學家愈來愈少。面對前所未有的艱難保育挑戰,我們必須在傳統的高等教育課程中另闢蹊徑,整合跨領域的知識、教育及研究,讓學生有機會接觸更多元的資源,從博物館、動植物園、種源庫、課堂及田野實習,瞭解地球生物的多樣性、物種間的互動、動植物的照護、保育議題的多面向,培養紮實的研究能力基礎。

為此,國立清華大學生命科學院─生物資源保種研究中心辜嚴倬雲植物保種中心國立自然科學博物館國立中興大學《科學人》雜誌,規劃了「未來地球生態學程」,共同培育拯救未來地球的保育人才。

從 2016 年開始招募各大專院校的大學生參加,第一屆報名人數達近兩百人,經過篩選面談將近一半報名者,最後挑選出 25 位來自台大、台師大、海大、清大、興大、東海、東華、成大及明道等台灣各地的優秀學子,以及六位在NGO 和學術單位工作的社會人士,加上兩位新加坡國立大學以及兩位來自中國雲南的學生,一同在科博館、保種中心、清大上了第一個暑假紮實的生態保育課程。

課程除了學有專精的教授、研究員講授動植物及生態演化的課程,在科博館和保種中心早上上課,下午學員們在標本館和溫室中實際研究觀看不對外開放的標本和活體,在科博館不僅看到動物標本,也包括地質收藏,讓學員上知天文下知地理。在李家維教授辜成允前董事長成立的辜嚴倬雲植物保種中心,學員不僅學習辨識植物,也學到換盆、修剪、噴藥、澆水等植物的照料,保種中心也提供若干名額供學員八月的實習。今年第二屆的課程內容和講師群同去年一樣堅實和精彩可期。

圖/未來地球生態學程提供

圖/未來地球生態學程提供

圖/未來地球生態學程提供

第一屆清大的室內課邀了生態保育工作的學者講述了公民科學、疾病生態學、植物親緣地理學、馴養動物保種、野生動物貿易以及寄生蟲生態和基因體,給予學員們生態保育的紮實學術背景介紹。第二屆的課程將著重在 NGO 的保育工作,探討在進行生態保育工作時,實際上會面對的挑戰。

除了室內課,還安排了參訪農試所作物種原組、台北市立動物園和基隆的國立海洋科學館。農試所作物種原組是台灣舉足輕重的作物種原保存地點,隨著氣候變遷、生物多樣性下降,我們的糧食作物也面對病蟲害的危險,作物種原保存的精密技術和嚴謹管理對未來的糧食安全無比重要。台北市立動物園的參訪,會到遊客止步之處瞭解園方如何依不同動物的食性調配牠們的食物,以及討論野放和棲地破碎化等各種保育議題。在基隆海科館認識在地保育工作的實際面,瞭解海科館如何和當地居民溝通尋求居民皆認同的方案,還有讓潛水員、船長直接與民眾接觸以推廣海洋保育議題,以及讓藝術家發揮創意等。

學生學員在科博館、保種中心和清大上了近一個月的課之後,就一塊參加了溪頭吳大猷科學營〈氣候變遷-地球的未來和人類的命運〉,討論的議題涵蓋領域很廣,大師們從自然科學談到社會科學、自然到人為、學術到科技都有;第二屆學員也會有保障名額參加新竹北埔麻布山林吳大猷科學營〈人類的未來發展:從生命科學的觀點談起〉。除了聽不完的各種課程,學程也要求學員們在八月份到各大學和研究機構的實驗室裡實習,研究範圍可以是生態、保育、演化、分類、仿生、生物多樣性等等任一項領域。

圖/未來地球生態學程提供

寒假過春節前,學生們都不得閒,回到清大上了台大漁科所生科系柯佳吟老師規劃的生態大數據分析的系列課程,最具挑戰性之處是學生們需要提出分組的研究題目,利用一個學期的時間,把所學到的學識用在專題研究中,探討一個重要且有趣的科學問題,在接下來的暑假中完成在下學年開學前進行成果的口頭報告。屆時第二屆的學弟妹也會在現場耹聽觀看,期待來年能超越學長姐們的成就!

寒假課程期間,學程也邀請了美國威斯康辛大學的演化生態學家李恩美教授給學員一場精彩的演講,探討生物的生理改變如何應對氣候變遷。她對學員積極的發問留下深刻印象,並表示未來學員要申請美國生態演化相關的研究所,將給予協助。為了充實學習,學程也贊助學員參加國立中山大學舉辦的 2017 年動物行為及生態研討會。下一屆 2018 年動物行為及生態研討會將由清大生科院主辦,屆時兩屆學員都有機會接觸台灣一流的動物行為及生態學研究。

我們現代人大多生活在城市水泥森林當中,可是真正生物多樣性之處是在深山密林之中,所以學程也安排了中部低海拔森林寶庫—南投林業試驗所蓮花池研究中心的三天參訪,認識台灣的森林資源及經濟,以及林中的動植物和壤等。寒假結束前再回到清大繼續參加國立東華大學環境學院自然資源與環境學系孫義方教授、陳毓昀副教授指導的熱帶生態學,同學分組收集資料並進行口頭報告,為暑假馬來西亞的田野實習打下紮實的學理基礎。

圖/未來地球生態學程提供

圖/未來地球生態學程提供

某些長輩愛批評年輕人太愛出國遊玩,其實出國也可以是很有教育意義的。暑期大部分學員將赴馬來西亞森美蘭州Pasoh 森林保留區,進行為期兩週的野外實習課程。馬來西亞研究人員將介紹 Pasoh 樣區的背景和各項跨領域合作之研究作為開場,以啟發參與學生的國際觀。孫義方教授、陳毓昀副教授將帶領學生逐步熟悉 Pasoh 雨林,並利用樣區內外的自然步道等進行各項觀察和課程活動;另一部分學員將由植物學家科博館楊宗愈研究員及一位昆蟲學家帶領在蘭嶼進行田野實習。

圖/未來地球生態學程提供

馬來西亞的實習活動,分成個人活動與團體研究計畫兩個部份。個人活動的部分為自然觀察和科學方法演練。這個練習要求學生們在森林中進行獨立的自然觀察,確認並找出自然的各種規律及變動。團體研究部分則是先經由老師上課說明主題、相關背景知識、及初步的實驗設計。各個主題均以小組合作的方式,進入森林進行調查、測量或採樣工作,或於實驗室完成樣品的測量。

除了在熱帶雨林中進行各樣實驗之外,實習中也穿插兩次戶外參訪,包括木板廠、藤廠與橡膠工廠的參觀。這些工廠的材料取自原始森林,或是材料來源正在大量取代原始森林。藉由這些戶外參訪,不只能學習到馬來西亞森林生態方面的知識,還體驗了東南亞的重要的經濟活動、民情與生活方式。

學程課程極具特色,從學期中的資料收集、報告到田野中的實習,均強調主動學習、深度思考及團隊合作。田野研究站的簡陋設備及基本生活方式與田野近距離的接觸,都讓學生體會到自然簡樸的生活,進而反省自己在台灣的生活方式對地球環境帶來的壓力。這些課程增長知識、培養科學態度、促進台灣和東南亞國家的交流及拓展國際觀。

學程課程的團體活動和集體住宿,讓學員們有機會有更多時間認識,讓有共同興趣與志向的年輕朋友齊聚一堂,未來將成為保育工作上不可或缺的好伙伴!

有志一同的年輕朋友,請趕快在 4/20(四)到報名網站報名吧!

精選第一屆學員推薦

台灣大學生化科技學系簡元琦

隨科技進步,先進的分析儀器讓我們能一路往生命的最基層研究探討,以微觀的角度解析生命,固然能讓我們了解各種生命運作的機制,但是總覺得缺少了些什麼,那些令我著迷的、五彩繽紛的、驚奇綺麗的生態似乎只在我的腦海中想像,沒辦法親眼觀察、實地研究。這個學程讓我們多識蟲魚鳥獸,透過科博館各專家的介紹,我們可以一瞥驚豔的生物多樣性;透過保種中心的實習,我們能一窺熱帶植物豐富的型態特徵;這個寒假,我們初識生態與大數據的關聯,計畫與組員合力完成一份與生態相關的專題研究;而在今年暑假,我們將帶著一個屬於自己的研究題目前往馬來西亞熱帶雨林,體會「放眼望去,看不到任一相同物種」的驚嘆。透過這些活動,我再次將眼睛望向近乎被忽略的生態系,還有好多好多直得探索的事情呢!

清華大學生命科學系林育輝

參加未來地球生態學程,是我所做過最正確、最有價值的選擇。在課堂上學習到了從未接觸過的知識,從老師們所分享的經驗中也讓我對於生態研究與未來發展有更多的想法。親自參與研究實習的過程中體驗到了辛苦,卻更堅信自己對於生態領域投入的決心。與來自各地的人們接觸更大大拓展了我的視野,同時也明白自己的不足,有很多需要學習的事。對我而言最重要的收穫是,我在這裡結識到了一群充滿熱情共同努力的夥伴們。真的非常慶幸自己能夠來參加未來地球生態學程!

海洋大學養殖系黃姿樺

這真的是很難得的機會!能和其他學校的同學交流、能與不同領域的老師對話、能有個與眾不同的經驗、能一次又一次地沉浸於生態學的博大精深,這何嘗不是最為奢侈的際遇?即便安排的課程相較於本科系的學科陌生許多,仍有不少疑問、仍會遇到不少挫折,並時常發現自己的所學是如此的不足,但只要懷抱著熱忱及追根究柢的精神,這些挑戰必能一一克服。很高興能夠參加未來地球生態學程,讓我重新認識自己、認識台灣以及結識一群同為生態付出、關心環境議題的夥伴。

東華大學自然資源與環境學系許筑茵

「這個社會不缺乏口號和布條,缺的是捲起袖子行動的人。」這是李家維老師在某次交流中所說的一句話,我深深地記在心裏。謝謝未來地球生態學程,在過程中結交了一群好朋友,不同的年齡層、不同的背景,互相學習以及對話;多元的課程內容給予不同的刺激,每個人從中獲取各自所需的養份。

中國醫藥大學公衛系吳晴瑋

能夠在畢業之際,銜接未來地球生態學程,真的是一件非常幸運的事,公衛的宗旨為促進人們的健康,然而沒有一個健全而完整的生態系,人類的生活只會越來越難過。學程完整的課程規劃讓我有機會深入了解生態領域,而即將到來的馬來西亞熱帶雨林實習,更是令人期待,這些豐富的課程讓我更加堅定要在自然生態上貢獻一己之力!

中興大學生命科學系謝佩君

不敢相信自己值得這麼多的投資,因而懷著不安焦躁的心,學程期間每一節課都無比珍惜,用全心去學習、不倦怠地思考,但漸漸地膽怯與孤獨在一同切磋討論、觀察分享、相互挑戰的夥伴陪伴之下,好像有了自信迎接排山倒海而來的挑戰,不論是全球性的、生態上的、與人密切相關的,儘管我們來自不同學校、學系與年齡層,只因為我們有幸共同度過最獨特且豐富的日子。

東海大學生命科學系陳冠豪

未來地球生態學程的課程非常緊湊,再加上是在寒暑假的期間上課,所以我們幾乎整個放假的時間都投入到了這個課程,但如果是對生態非常有興趣的同學,應該可以在這個課程中有許多的收穫。不只是生物相關的知識、觀念,更能夠訓練自己用更廣的角度去看待事情,而對我來說最大的收穫,就是在課程中接觸到許多生態領域的老師,也因此讓我有機會能夠學習課程以外的知識及技術。

圖/未來地球生態學程提供

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驗明殺蟑產品,才能除好除滿!──《當蟑螂不再是敵人》

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  • 【科科愛看書】「啊,有小強!」一想到蟑螂,就讓人咬牙切齒,恨不得抄起拖鞋除之而後快。不過,這樣的方法真的有效嗎?為了面對這邪惡、強大又無所不在的傢伙,我們當然必須知己知彼,才能百戰百勝啊!與其討厭牠們,不如來學學牠們生存的不敗法則吧!一切祕笈盡在:《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略

人類 vs. 小強:生存大戰,你賭誰勝?

「人類與蟑螂對戰,我賭蟑螂獲勝。」費里許曼說。

他的答案不足為奇。多年來隨機採樣的德國蟑螂中,有些蟑螂幾乎對每一種殺蟲劑都有抗藥性,包括除蟲菊精、有機磷,甚至包括一九五○年代被寄予厚望的 DDT,不過 DDT 最終因為會對動物與人類造成危害而禁用。實驗也證明蟑螂的抗藥性可以傳給下一代;蟑螂一旦產生抗藥性,就會被編碼在基因裡,隨著世代繁衍。當蟑螂代謝殺蟲劑毒藥的能力變強,達到擊倒與死亡效果的劑量也必須隨之提高;類似情況曾發生在某個德國蟑螂的品系,這群德國蟑螂增加了一種酵素的分泌,使牠們可以代謝掉更多陶斯松,因而產生了抗藥性。

除了與生俱來的防禦力,蟑螂也能快速學會遠離噴過殺蟲劑的地方,這種行為被稱為殺蟲劑的「趨避性」。儘管蟑螂生來就討厭亮處,但一個陰暗(通常蟑螂喜歡)、噴過殺蟲劑的地方,跟一個明亮、沒有殺蟲劑的地方,牠們很快就學會得選擇後者;這屬於聯結學習。德國昆蟲學家梅茲格曾說,「以無脊椎動物而言,這是一種相當先進的學習方式。」人類不太可能徹底消滅擁有這種能力的蟑螂。

回想初見的第一眼,就注定了我們的孽緣

我們無法得知人類第一次在居處發現蟑螂時有何反應,但可能跟現代人差不多。數世紀以來,人類為了殺蟑,試過各式各樣的方法與工具,從手邊的石頭到現今的膠劑。有些雖然稱得上成功,但是還沒有一種方式能徹底消滅牠們,而這樣的方式可能永遠不會出現。時間已證明蟑螂有能力改變身體與行為去適應人類的各種攻勢,如果必須改變基因才能繼續與人類共存,牠們不需要經過太多個世代就能完成必要的調整。每當有效的毒藥開始被廣泛使用,無論是噴劑、膠劑或粉劑,蟑螂幾乎隨即開始培養自身的抗藥性;而且效果最好的藥劑對蟑螂造成的傷害,總是不及對人類健康造成的傷害。

雖然嘗試了這麼久還是無法消滅蟑螂,人類依然認為,既然在無數的生物之中存在像蟑螂這麼噁心的動物,必然也有一種可以殺死牠的東西。以殺蟑為目的而誕生的產品不計其數,有些效果有限,有些完全無效。硼酸是從十九世紀中就開始使用的殺蟑藥,把硼酸粉灑在踢腳板附近的效果頗佳。硼酸不同於強力殺蟲劑,無法驅蟑,蟑螂也從未學會避開硼酸。儘管使用硼酸的歷史悠久,但殺死蟑螂的機制仍屬未知,有可能是破壞前腸。無論是在清潔身體時吃到硼酸,或是體外接觸到硼酸,蟑螂都會死亡。實驗證明硼酸可以穿透蟑螂的外骨骼,即使美洲蟑螂與德國蟑螂的口器上都有一層蠟,但接觸到硼酸粉還是會死亡。

能有效殺蟑的硼酸為白色粉末或透明結晶,可溶於水。圖/Public Domain, wikimedia commons

還有一種粉劑的效果跟硼酸類似,就是在二十世紀上半葉幾乎要取代硼酸的氟化鈉,後來證實其毒性對人類的影響更加劇烈。至今氟化鈉已完全消失,但硼酸仍持續販售與使用。硼酸最大的缺點是沒有立即的擊倒效果,大概十天之後才會顯現其對蟑螂聚落的影響,因此除蟲公司無法用硼酸來滿足客戶,但只要在正確的地方施藥並保持乾燥,硼酸是有效的殺蟑藥。跟許多殺蟲劑相比,硼酸對人類的毒性較低,但它依然是毒藥;每年美國各地的毒物中心都會收到許多硼酸中毒的報告,嬰幼兒在探索周遭環境時尤其容易接觸到硼酸,甚至因此喪命。

市面上有不少殺蟑產品對人類完全無毒,可惜的是,它們通常也不具殺蟑效果。例如電磁裝置,此類產品宣稱可以改變蟑螂周圍的磁場,進而阻撓其進食與交配過程;還有利用微小震動達到上述效果的電子震動器。針對這些產品所做的實驗,一再證明它們毫無效果。另一種無用的殺蟑法是超音波,這類產品出現於一九七○年代早期,時至今日仍在有名的雜誌上刊登廣告,宣稱可以發出超越人類聽力頻率,蟑螂會因為受不了那種聲音而離開或死去。超音波產品的吸引力顯而易見:只要插上電源就會自動發揮效用,不會發出討人厭的氣味或聲音。過去二十五年來,有很多消費者花錢購買這種裝置,但是在科學家做過的無數實驗中,沒有一個能證明超音波裝置具有驅蟑效果。

桑橙(Osage orange)是另一種驅蟑方法,可取代除蟲菊精與陶斯松等化學物質,在美國南方被稱為「偽橙」(mock orange)。據稱把桑橙放在廚房跟浴室的角落,就可以驅除蟑螂。除蟲菊粉也是選項之一,如同其他除蟲菊精類的藥劑,都是以取自除蟲菊的化學物質為主要配方。

嘎吱嘎吱,壁虎為你斬草除根!

此外還有「生物性」殺蟑法,例如紐約市流行養壁虎,到寵物店買一隻約二十美元。壁虎非常愛吃蟑螂,很多人都說,把壁虎帶回蟑螂肆虐的公寓之後,不出幾個月就得開始替壁虎買飼料,因為蟑螂已被壁虎吃光。壁虎跟蟑螂都是夜行動物,白天壁虎會躲在看不見的地方休息,晚上才出來覓食。養壁虎幾乎沒有缺點,頂多是牠們啃蟑螂的聲音有點吵;但家中蟑螂問題嚴重的人說,他們很快就愛上這種聲音,或許就像捕蚊燈電死蚊子時發出的滋滋聲一樣,很多人都說聽起來很療癒。

壁虎非常愛吃蟑螂,很多人都說,把壁虎帶回蟑螂肆虐的公寓之後,不出幾個月就得開始替壁虎買飼料,因為蟑螂已被壁虎吃光。圖/arkblk75 @ Flickr

其他蟑螂的天敵也曾被招募加入殺蟑大戰。十八世紀的旅人說,牙買加人在家裡養蜘蛛,這樣就不會有蟑螂;而據說十九世紀的英格蘭人會在家裡養刺蝟殺蟑。比較近代的作法是養寄生黃蜂,有好幾種寄生黃蜂會產卵在蟑螂的卵鞘裡,黃蜂幼蟲孵化之後的第一餐就是蟑螂卵,而且會把卵吃光後才離開空空的卵鞘;在蟑螂出沒地點較分散的情況下,確實可利用黃蜂殺蟑。根據新聞報導,一九九八年夏天,美國科羅拉多大學的校園裡有幾棟建築底下的蒸汽管與管路空間爬滿蟑螂。校方花費一萬一千美元向俄亥俄州的貝利.保森(Barry Pawson)購買一萬兩千隻雌黃蜂。保森是目前全美唯一的蜚卵嚙小蜂賣家,因為這種黃蜂很小、不會傷人且壽命很短,因此適用於某些情況。校方事後表示很滿意。

還有一種很有趣的非化學殺蟑法:施加壓力。

蟑螂在充滿壓力的情況下會製造一種自體毒素,只要施壓的時間夠長,自體毒素就會癱瘓蟑螂,就算再移除壓力蟑螂也無法復原,不久後就會死去;這種現象最初是在實驗室裡讓蟑螂接觸 DDT 時發現的。後來也測試了其他不會致命的壓力源,例如把蟑螂放在不停旋轉的玻璃罐裡兩個小時,牠們會繼續自己「打滾」,接著超過半數的蟑螂無法正常使用肢體,陷入癱瘓。用棉線綑綁蟑螂使其動彈不得,幾個小時後牠也會癱瘓,就算鬆開棉線,蟑螂依然無法行動。

圖/ GIPHY

一般人又要上班又要對抗廚房裡的蟑螂,這當然不是適用的立即殺蟑法。多數人不可能綑綁數量龐大的蟑螂,也不可能花兩個小時翻滾蟑螂。儘管如此,蟑螂會製造足以致死的自體毒素,是個有趣的研究方向。

有個方法倒是蠻有效的,那就是凍死牠們;人類穿厚毛衣就能承受的低溫,足以讓房子裡每隻蟑螂都不省人事。大多數害蟲都無法承受嚴寒,例如在攝氏零下九度,蟑螂死亡率是百分之百。遺憾的是,根據我本身的經驗,低溫也能有效殺死一群馬達加斯加蜚蠊。我在巴塞隆納住的公寓格局很常見:挑高天花板、通風良好、沒有中央暖氣,但平常可以把裝有輪子的暖氣機推到任何地方以免受凍。活動式暖氣機的燃料是裝在矮胖橘色桶子裡的丁烷;賣丁烷的都是非法移民,因為只有他們願意在沒有電梯的建築裡,扛著重達十三公斤的丁烷桶爬樓梯。由於我的書房晚上沒有暖氣,所以溫度很低,隨著冬季到來,我的蟑螂變得越來越遲鈍,最後一一死去。

  • 如果想考慮「冷凍小強」這種物理除蟑法,不妨參考日本很夯的「蟑螂冷凍噴劑」。這種噴劑是由日本的 Fumakilla 福馬公司所研發推出,採用「汽化熱」機制,吸走氣體汽化時所接觸物體的熱量,最低溫能夠到達 -75℃,將蟑螂瞬間結凍。這結凍的時間,讓我們有機會可以移走蟑螂,而根據網友的實驗影片(慎入!),即便經過解凍,小強也不會復活的喔!

讓小強通通結凍吧!圖/IMDb


 

本文摘自《當蟑螂不再是敵人:從科學、歷史與文化,解讀演化常勝軍的生存策略》紅樹林出版。

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發現擬態絹粉蝶的鳳蛾新屬——Mimaporia,這在擬態研究上有什麼意義呢?

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  • 文/韋家軒(國立中山大學生物科學系博士候選人)、顏聖紘(國立中山大學生物科學系副教授)

鳳蛾科(Epicopeiidae)是一群以擬態多種有毒蝴蝶與蛾類而著名的昆蟲。牠們只產於東北亞與東南亞的中高海拔闊葉林中。自 19 世紀中葉起被發現的鳳蛾種類約有 9 屬 18 種,分別擬態麝鳳蝶(Atrophaneura)、豔粉蝶(Delias)、豹尺蛾(Dysphania)、蜆蝶(Stiboges)、與毒蛾為擬態對象。

最近最近國立中山大學生物科學系博士候選人韋家軒、顏聖紘副教授在越南北部的沙壩(Sapa)山區發現擬態絹粉蝶(Aporia)的鳳蛾新屬新種 Mimaporia mhong(圖一)。這個發現不只是讓這個小科多了 1 屬 1 種,也促進學者對鳳蛾科形態演化的可塑性與擬態多樣性的瞭解。此研究在於2017年4月20日刊登於國際性期刊《動物分類群》(Zootaxa)上。

圖一、北越絹粉蝶蛾(Mimaporia hmong)(A 與 B),及其可能擬態模式-流星絹粉蝶(Aporia agathon agathon)(C)。註:C 圖引用自 Lepidoptera Indica

鳳蛾是一群奇妙且具相當複雜分類學歷史的日行性蛾類。牠們在野外的數量相當稀少因此在全球的標本館中都不常見,也正是因為標本的稀少,雖然早在 19 世紀中葉英國學者就已經在印度東北部發現牠們,但是一直到 2002 年才第一次被法國學者Jöel Minet 仔細的研究。

「鳳蛾」顧名思義就是「長得像鳳蝶的蛾」。但為什麼這個類群被稱為「鳳蛾」的昆蟲卻又與這麼多「不像鳳蝶的蛾」被合稱「鳳蛾」?這得從牠們複雜的分類歷史說起。

在鱗翅目昆蟲中,凡是其形態與生態涉及「擬態」(mimicry)與「多態性」(polymorphism)的類群都有複雜的分類歷史。這是因為擬態的成因經常是「趨同演化」(convergent evolution),而趨同演化也容易造成分類學家誤判其之間的親緣關係。

在 20 世紀中葉之前,學者一般認為只有長得像麝鳳蝶的鳳蛾屬於鳳蛾科。後來有學者在比較頭部與腹部發香毛(androconial hairs)的結構後發現一些被錯置於燕蛾科(Uraniidae)、燈蛾(Arctiinae)、螢斑蛾(Chalcosiinae)、與毒蛾(Lymantriinae)的類群都應該被移入鳳蛾科,才形成「同屬一科但彼此之間差異極大」的有趣狀態。

根據生物擬態的演化理論,無論是穆氏擬態(Müllerian mimicry)或副貝氏擬態(quasi-Batesian mimicry)[註1] 的擬態者(mimic),因為與擬態模式物種(model)在近似的防禦機制下互蒙其利,因此彼此之間的關聯性演化應該較強。白話一點來說就是「擬態者的演化應該會緊緊跟著模式物種的演化,而比較不會發生大規模的,戲劇性的性狀位移(phenotype shift)」。

但是不知道為什麼,鳳蛾科每一屬之間的翅型、翅紋與發香器結構都非常不同,也就是說牠們在演化上有頻繁的性狀位移,但在這麼頻繁的性狀位移下又能精準模擬形態生態各異的擬態模式。由於「精確擬態」需要在演化上付出一些代價(例如改變代謝、體型、發育調控等),所以這在自然界中是非常少見的現象。

雖然到目前為止並沒有任何化學分析指出鳳蛾科使用什麼類型的物質作為化學防禦基礎,但是根據已知的觀察指出鳳蛾的成蟲在受到驚嚇以後會發出一種臭味。

使用貝葉氏推導所重建的鳳蛾科分子親緣關係假說。這個假說顯示鳳蛾的體型、斑紋與翅型並沒有演化趨勢,且有相當高的可塑性。圖片來源:作者提供。

由於鳳蛾如此稀少,因此一般來說學者不會期待,也無法預期還能不能發現這個科的新物種。就在去年底,業餘鱗翅學愛好者張訓誠醫師發現有採集者在越南北部的沙壩採獲一種前所未見的蛾類。當這些標本被送到中山大學生物科學系時,研究團隊便立刻懷疑這是一個從來沒有被發現過的鳳蛾類群。而後使用了 COI、EF-1α 與 28S 的基因片段來重建鳳蛾科的親緣關係後(圖二),發現牠不屬於任何已知的屬,因此決定將牠置於新屬 Mimaporia 且描述為新種 Mimaporia mhong

這個新屬名(Mima+Aporia)意謂著牠與共棲的絹粉蝶(Aporia)極為相似且有擬態關係。那麼絹粉蝶有毒嗎?根據初步的資訊顯示,廣泛分布在歐亞大陸、中南半島北部與台灣的絹粉蝶看起來雖然輕盈無害,但對其天敵來說很可能是體內含有胡頹子鹼或小蘗鹼的有毒蝴蝶。至於其種小名mhong則是獻給沙壩山區的原住民族「孟族」。

雖然描述與發現一個新種蛾類對昆蟲學界來說並不是什麼太特別的事,但是每一個新物種的發現其實都暗示了新的演化與生態議題,也豐富了我們對生物性狀演化的知識。此外,由於擬態群中的擬態者的數量通常遠比擬態模式來得稀少,因此這類稀有物種的被發現,也彰顯了中南半島高山棲地保育的重要性,而這項研究結果也將為未來台灣與越南在相關領域的合作提供機會。

註1:所謂的「副貝氏擬態」(quasi-Batesian mimicry)是防禦型擬態光譜中的一個類型。過往的學者多半認為防禦型擬態只有「貝氏擬態」(Batesian mimicry)與「穆氏擬態」(Müllerian mimicry)兩個類型。
前者預設擬態者(mimic)是可食的,而模式(model)是有毒的;後者則預設無論是擬態者或模式都是有毒的,且毒性相等。然而在真實的世界中,共同組成擬態環(mimicry ring)的物種即便都有毒,其毒性、所使用的化學物質,以及使用的方式都是不同的。這意謂著牠們對掠食者所產生的警訊強度是不一樣的。因此在1976年時,美國馬里蘭大學化學系的James E. Huheey便認為,就算兩者都有毒,「比較不毒的那方」之利益仍然建築在「比較毒的那方」。他認為這樣的關係介於傳統的「貝氏擬態」與「穆氏擬態」之間,因此他創立「副貝氏擬態」一詞。而這個概念深受英國利物浦大學的Mike Speed等學者之推崇。

  • 論文出處:Wei CH, Yen SH (2017) Mimaporia, a new genus of Epicopeiidae (Lepidoptera), with description of a new species from Vietnam. Zootaxa 4254 (5): 537–550

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果蠅的性騷擾行為,可能是入侵種的勝利之道?

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關心生態保育的人一定知道,入侵種搶走原生種地盤的案例屢見不鮮。入侵種來到新環境,需要重新適應,為什麼能夠勝過早已習慣原本環境的原生種?

有些入侵種是強大的獵食者,靠著捕食原生種,直接把原生種的身體變成自己的;有時則由於它們引進原生種無法應付的疾病;另一常見的情況是資源有限下,入侵種在獲取資源的競爭中勝出。最近發表的研究卻指出,或許還有一種沒那麼直接的方式:「性騷擾」?!

近親異種間的情慾交流

世界各地住著許多不同種的果蠅。obscura 家族旗下有多種果蠅[1],北美洲西岸是 Drosophila persimilis 的家;大海另一端的歐洲,則住著親戚 Drosophila subobscura。本來它們一種住在北美西岸,另一種住在地中海沿岸,沒有碰面的機會。

D. persimilis 男生跟 D. subobscura 女生放在一起,男生不會對異種女生有性趣;然而若反過來,讓 D. subobscura 男生跟 D. persimilis 女生同處一室,男生會對異種女生展現高度性趣,熱情追求。

假如這兩種果蠅見面,它們之間可以情慾交流嗎?很久以前遺傳學家就做過實驗,1946 年發表的論文觀察到,假如把 D. persimilis 男生跟 D. subobscura 女生放在一起,男生不會對異種女生有性趣;然而若反過來,讓 D. subobscura 男生跟 D. persimilis 女生同處一室,男生會對異種女生展現高度性趣,熱情追求,完成整套交配行為,只是女生不但會抵抗,也無法生下混血寶寶[2]。顯然這兩種親戚果蠅之間,儘管能發生單向的追求及性行為,卻存在著生殖隔離(reproductive isolation)。

是誰這麼變態,把自然狀況下不會見面的果蠅,抓來擺在一起做這種雜交實驗!咳咳,正是演化學界的上古神獸-杜布蘭斯基(Theodosius Dobzhansky)是也!!!

演化學界的上古神獸-杜布蘭斯基。圖/取自 Theodosius Dobzhansky Quotes

消失的原生種

情況到了 1980 年代初產生變化,那時原產歐洲的 D. subobscura 遠渡重洋到了美國。幾年以後科學家們田野調查時驚訝地發現,在本該屬於 D. persimilis 的地盤,卻不見它們的身影。1993 年時,Mohamed A. F. Noor 博士在華盛頓州採集,捕獲的全都是當地另一種原生種 Drosophila pseudoobscura,卻找不到任何 D. persimilis

1998 年時,Noor 博士在發表的論文中懷疑,D. persimilis 之所以大幅減少,或許跟外來的 D. subobscura有關[3]。兩種果蠅在野外共享一樣的棲位,然而 Noor 博士並不知道雙方在野外會不會互動,也沒有觀察到任何互動或競爭的證據。總之,在 1980 年代初入侵的 D. subobscura,勢如破果地成為北美西岸的優勢種;而同時,原生的 D. persimilis 默默消失了。

原產地中海附近,到了 1980 年代初遠渡重洋到了美國的 Drosophila subobscura。圖/取自 ref 5

為什麼 D. subobscura 能勝過 D. persimilis?Noor 博士最近發表的論文,進行了一系列生殖行為實驗,似乎找到了一絲線索[4] [5]。

情慾交流實驗

將兩種果蠅一對一擺在一起,觀察到的狀況,跟杜布蘭斯基當年描述的一致。D. persimilis 男生對 D. subobscura 女生性趣缺缺,不會發生情慾交流;D. subobscura 男與 D. persimilis 女共處一室,42 對中最後有 20 對的男生抵達了情慾交流的最後一步,也就是成功插入性器官(羞),不過其中有 14 對的女生嘗試過反抗。

作為對照,D. persimilis 的同種配對實驗狀況是,24 對中有 15 對成功,沒有任何一組反抗,性交花費的時間大致上不到異種的一半。各項指標都顯示,同種間的情慾流動比跨種順利太多。

D. persimilis 女生與同種男生完成生殖行為花費的時間,跟異種的 D. subobscura 相比,顯著更低。圖/取自 ref 4

儘管 D. subobscura 男生會對 D. persimilis 女生下手,可是 D. persimilis 女生並不會產下後代,因此不會造成遺傳汙染之類的問題,然而果蠅間的情慾流動,問題沒有這麼單純。

進一步將與異種男生有過性經驗的 D. persimilis 女生,經過 2 小時後再跟同種男生擺在一起,這時 12 對中只剩 2 組會發生關係。與異種有過性經驗的成功率 2/12,比沒有異種性經驗的成功率 15/24 更低得多。

生殖干擾

以上實驗表示,與異種發生過性關係,會降低 D. persimilis 的生殖成功率。接下來,為了模擬兩種果蠅共處於同一時空的狀況,實驗者以 D. persimilis 的 2 位男生與 4 位女生為一組,比較它們單獨存在,或是與其他 8 位 D. subobscura 男生共同生活,過了 28 天以後,女生累計產下的後代數量。

然而這個實驗設計下,假如與異種共存的女生最後產下後代較少,搞不好只是因為家裡多了 8 位占空間的男生,太擠不自在;所以實驗者又加入一組,也是 2 男 4 女的 D. persimilis 加上 8 位同居的異種男生,只是那個「異種」室友不是想與 D. persimilis 女生搞情慾流動的 D. subobscura,而是對 D. persimilis 沒有性趣,可稱職扮演路人路障的擬黃果蠅(Drosophila simulans)。

過了 28 天以後,3 組中以沒有異種存在的那組產出最多寶寶,擬黃果蠅當室友的次之,與 D. subobscura 共存的最低。不過有無擬黃果蠅當室友的 2 組間,比較上缺乏顯著性差異;相對的,有無 D. subobscura 當室友的 2 組間達到顯著性差異。因此寶寶數目下降,似乎的確與 D. persimilis 女生不斷受到周圍的 D. subobscura 性騷擾有關。

經過28天以後,沒有與異種共存的 D. persimilis 產出最多寶寶,與擬黃果蠅當室友的次之,與 D. subobscura 同居的最低;有無 D. subobscura 存在的 2 組間,達到顯著性差異。圖/取自 ref 4

入侵種可能的勝利之道

以上實驗證實,至少在實驗室的人造情境中,D. subobscura 會對 D. persimilis 的生存,透過性方面造成負面影響。此狀況被稱作「「reproductive interference(生殖干擾)」,也就是異種間的生殖行為,會降低其中一種物種生殖上的利益(fitness)。

科學家已經觀察到一些生殖干擾的案例,不過在入侵種擊敗原生種這方面,至今仍尚未發現,生殖干擾扮演過明確的角色。外來種 D. subobscura 入侵以後,北美西岸的原生種 D. persimilis 之所以落居下風,是因生殖干擾造成的嗎?

論文指出,異種間的性侵犯或許是原因之一,但在人造情境下會發生的事情,未必在自然環境中也會上演,畢竟目前仍沒有兩種果蠅在野外互動的報告,我們不知道它們間會不會見面,互動方式是競爭資源,或是生殖干擾。

在果蠅這個案例上,進一步的野外觀察是必要的。此一發現除了對生態保育,對演化領域也有啓發,在其他時空中,外來種勝過原生種時,生殖干擾是否扮演過某種角色?比方說,當年在歐洲,碰上智人的尼安德塔人們……

參考文獻

  1. O’Grady, P. M. (1999). Reevaluation of phylogeny in the Drosophila obscura species group based on combined analysis of nucleotide sequences. Molecular phylogenetics and evolution, 12(2), 124-139.
  2. Wallace, B., & Dobzhansky, T. (1946). Experiments on sexual isolation in Drosophila VIII. Influence of light on the mating behavior of Drosophila subobscura, Drosophila persimilis and Drosophila pseudoobscura. Proceedings of the National Academy of Sciences, 32(8), 226-234.
  3. Noor, M. A. (1998). Diurnal activity patterns of Drosophila subobscura and D. pseudoobscura in sympatric populations. The American midland naturalist, 140(1), 34-41.
  4. Manzano‐Winkler, B., Hish, A. J., Aarons, E. K., & Noor, M. A. (2017). Reproductive interference by male Drosophila subobscura on female D. persimilis: A laboratory experiment. Ecology and Evolution.
  5. Mating Mix-Up With Wrong Fly Lowers Libido for Mr. Right

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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為什麼導盲犬不能用米克斯?—《窩抱報 Vol.8》

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  • 記者/羅奕儒、編輯/蘇于寬、設計/馬劭妤|窩窩

編按:本文轉載自窩抱報vol.8 三月號《導盲犬的一生》,喜歡的話歡迎以行動支持喔:D

什麼!原來要成為導盲犬必須祖宗八代都清清白白!要成為一隻導盲犬,需要具備什麼樣的特質?所謂育種,又該如何操作?有哪些標準?該怎麼避免遺傳疾病?街上流浪狗這麼多,能不能訓練成為導盲犬?我家狗狗很乖,能不能帶去當導盲犬?

米克斯行不行:為什麼導盲犬要用品種犬?

惠光導盲犬教育基金會的總督導雅芳和我們分享導盲犬的育種如何操作。圖/窩窩

導盲犬最特殊的地方在於,他肩負著視障者的安全,這是和寵物甚至一般工作犬非常不同的地方。惠光導盲犬教育基金會(以下簡稱惠光)的總督導雅芳(以下簡稱雅芳)提到,為了要確保導盲犬在帶領視障者前進的過程中是非常穩定的,就必須要控制牠在先天遺傳上沒有任何不穩定的因子,甚至從出生到接受訓練,所有的訓練與狀況都必須在惠光的掌握下。

品種的選擇上,台灣的導盲犬以拉布拉多犬黃金獵犬為主,近年來也使用黃金獵犬和拉布拉多犬配種產生的黃金拉拉。而在國外,德國狼犬、貴賓犬其實都有被訓練成為導盲犬的例子。一般來說,導盲犬的選擇還是以純種的狗為主,最主要就是希望透過基因的掌握來預期狗狗的個性及健康狀況。「即便在導盲犬發展較成熟的國家,將流浪犬訓練成導盲犬的例子也非常非常稀有,因為困難度真的比較高。」雅芳這麼說著。

台灣約有 6 萬位視障者,目前正在服役的導盲犬卻只有不到 40 隻。而以惠光培訓的經驗,即便透過配種選擇了相對穩定的基因,再加上從出生到寄養家庭、學校訓練這樣不間斷的訓練,訓練一隻導盲犬的成功率仍只有 30-50% 左右,「導盲犬的養成其實需要非常多的成本,我們也希望盡可能不要浪費資源或心力,提高成功率。」雅芳這麼說。

遺傳疾病的逆襲:品種犬會不會有健康問題?

朱有田教授說到:「品種犬本身並不會有遺傳性疾病的問題,近親繁殖才會。」

國立台灣大學動物科學技術學系的朱有田教授指出,在發現有健康問題時,要先判斷是不是遺傳疾病,還是環境因素、營養因素或是一般傳染疾病造成的健康問題。如果造成遺傳疾病的基因已經確定了,可以從基因型去分析是否帶有遺傳疾病,稱之為「分子遺傳檢測」,如果沒有做分子遺傳檢測的話,則系譜是最可靠的,可以將它當作指標判斷有沒有遺傳疾病。

台大獸醫永齡計畫動物福利專案教師林怡君博士同樣提到,如果親代做過檢測,發現有很高的風險會有遺傳型疾病,卻不管後果地生下了具有遺傳型疾病的後代,那麼這個有疾病的後代的動物福利就有受損的風險。反過來說,如果產生遺傳型疾病的風險很小,動物福利受損的風險就很小。

而另一類品種犬常被攻擊的原因在於:為特定外觀而培育出來的品種,而這種培育方式明確地會影響到動物的健康。例如:摺耳貓。摺耳貓是因為骨骼基因有缺陷,才會呈現折耳的樣子,因此容易出現許多骨骼萎縮的疾病。在導盲犬的犬種中,除了拉不拉多、黃金獵犬,也有其他的大型犬隻。「這些大型犬,有些,並非全部,會出現髖關節問題。若是有良好的篩選,避免繁殖家族有、曾有髖關節問題的犬隻,那麼這些風險就會相對性上的減少。」林怡君博士解釋道。

  • 什麼是「品種」?「種」、「品種」和「亞種」怎麼分辨?圖/窩窩

什麼是「品種」?「種」、「品種」和「亞種」怎麼分辨?

種:生物學下的分類,指在自然棲地裡,可自然交配並產生具有繁殖能力的下一代。像是馬跟驢子雖然能產下後代騾,但騾並不具有繁殖能力,馬跟驢就不能算是同種。

亞種:因自然環境隔離造成的物種隔離,產生變異而具有不同性狀的族群,雖然長相或性狀稍有不同,但仍然能產下具繁殖力的後代。像是日本狼、北極狼、藏狼就是不同的亞種。

品種:在種之下的概念,經人類的選拔、淘汰,具有人類期望性狀的個體。一般來說,經濟動物(例如豬)和同伴動物(例如狗)比較會有品種的區別。

步步為營:育種步驟大解析

在選拔的時候,通常我們都會有一個選拔指數,你可以想像成大學指考時計算成績的加權的概念。」朱有田教授提到,根據人為去選擇希望被突出的性狀,並透過加權計算出一個數值,再進行個體的篩選,整個育種就是這樣的一個過程。

對於育種的標準和步驟,每間導盲犬學校都不太一樣,也會因為地區的環境、人的個性或是文化而有所不同。惠光在導盲犬育種的操作上,會先透過過去使用者的經驗來了解台灣環境需要怎麼樣的狗,同時也評估目前申請使用導盲犬的視障者的需求,來決定配種的期望成果,同時再進一步討論該由哪隻狗和哪隻狗來配種。為了能夠培育出一代比一代更優良的導盲犬,種犬的挑選變得十分重要,也因此,能夠被挑選為種犬的狗都是每一胎中最優秀、健康的寶寶呢。

育種其實至少要兩三代以上才能看出篩選的成果,挑選每一代好的部分,再一代代的傳承下去。

  • 一歲左右,惠光會針對每隻狗狗的狀況做評估,挑選出各方面都表現優秀的狗作為種犬,其他狗狗則會以成為導盲犬為目標,進行下一步的訓練。圖/窩窩

雅芳提到,目前主要會根據幾個標準來篩選適合的種犬,分別是:

  1. 健康狀況
  2. 個性
  3. 和親代相比有沒有更接近期望的特性

惠光透過合作的獸醫院負責犬隻健康檢查,會在狗狗一歲左右時進行檢查,這個時期狗狗各方面都發育完成,有些遺傳性的疾病也在這時候可以檢查出來。檢查的項目除了身高、體重、血液等基本檢查外,也會針對大型犬常見的髖關節形成不全(hip dysplasia)、白內障、遺傳性視網膜退化等遺傳性疾病做篩選,確保健康的基因被留下。像是髖關節的部分,就引進國外的檢測儀器,當髖關節的健康度在 80 分以上時才會考慮留作種犬。

除了要留下來擔任種犬外的其他狗,也大約會在這時候進行結紮的手術,之後才進到學校進行訓練,因此,在路上見到服役中的導盲犬,全部都是經過結紮的狗,除了可以避免狗狗發情期造成視障者的困擾外,也確保導盲犬不會被作為其他用途。

此外,在狗狗大約 1 歲左右,惠光也會針對狗狗的個性設計一系列的測試,透過情境的模擬,來判斷狗狗面臨壓力、突發狀況時的反應,並作為適不適合成為導盲犬或是種犬的評估標準。同時,若是本土自行培育的小狗,也會將這代小狗的表現和上一代種犬比較,確認是不是有更朝向期望的成果前進,來作為育種是否成功的評斷。

育種其實至少要兩三代以上才能看出篩選的成果,挑選每一代好的部分,再一代代的傳承下去。」惠光教育推廣組組長筱涵這麼說著。

每隻狗狗都是帶著滿滿的祝福誕生,期待能訓練成一支優秀的導盲犬,幫助更多的視障者。圖/窩窩

導盲犬 vs.寵物犬 法規上有什麼差異?

那關於導盲犬的繁殖,目前有沒有相關的法規來規範呢?雅芳提到,目前導盲犬在台灣主要受到《身心障礙者權益保障法》第 60 條及衛生福利部的《合格導盲導聾肢體輔助犬及其幼犬資格認定及使用管理辦法》所規範。

但在規範的細則上,前者比較偏向對於導盲犬出入公共場所的保障,後者則主要針對導盲犬學校的規範,雖然有要求對於犬隻狀況的追蹤、健康檢查的報告等,但在狗狗的繁殖部分並沒有詳細的規定。目前在犬隻的生育上,主要還是和一般寵物犬一樣依照動保處的規範,若有和國外交流的狀況,犬隻的進出口也是依照農委會對於檢疫的規定。

此外,目前國際的犬隻交流有些是透過互惠的交換,這種情況下就是免費的,但也有的時候是直接和國外的導盲犬學校購買幼犬,在這部分,目前還沒有相關法規的規範,主要是仰賴導盲犬學校本身的自我約束。

育種的風險:人擇,要謹慎、要拒絕貪心的誘惑。

問起育種的操作上有沒有什麼禁忌,雅芳總督導提到,犬隻數量太少導致選擇太少、近親繁殖,或是有遺傳疾病的個體沒有被篩選排除,都可能造成後代的健康狀況出現問題。另外,數量也需要控制在適當的數量,生育前必須確認後面的照顧或是訓練都到位,這樣對狗狗也才是比較好的方式。

「健康的部分真的需要謹慎的管控。」雅芳這麼強調著。

目前國際上的導盲犬聯盟,主要還是依賴每間學校將自己培育的犬隻資訊登記在資料庫中,以作為各間學校判斷是否要交流犬隻時的標準。但對於資料的正確性、完整度,目前還沒有公開或是第三方的審核機制,主要還是靠學校自己的約束力,若是有學校不配合,也沒有制裁的方式。

雅芳提到,以惠光目前的狀況,就是盡量在事前準備時多花一些努力,目前和日本的學校交流比較密切,若是要和沒交流過的學校交換犬隻,一定會先派人員到當地訪查,確認對方學校的運作、環境是沒問題的。「雖然多花了一些成本,但總比之後培育出來的犬隻是有問題的好,所以絕對是值得的。

圖/窩窩

本文轉載自 窩抱報vol.8 三月號《導盲犬的一生》,原文為 《Together#6》為什麼不能用米克斯?——導盲犬育種過程大解密(上)

被挑選作為種犬的狗狗,和其他導盲犬的生活有什麼不同呢?黃金獵犬和拉布拉多配種後,生出來的黃金拉拉又有什麼特別之處呢?關於育種的更多細節,將在為什麼不能用米克斯?——導盲犬育種過程大解密(下)有更多精彩內容!

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為什麼搞懂大象怎麼睡覺是件重要的事

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這算不算是世界最大的 Fitbit?

人類和動物得做幾件事以傳遞他們的基因:吃,避免被吃掉,繁殖和睡眠。缺少這些生物學上的必要條件導致死亡。但是當我們睡著了,就沒辦法執行其他的功能。因此現代科學的一個大謎題就是:為什麼我們得睡覺?

關於人類為何睡覺,科學家提出了許多答案。一個是廢物的清除,另一個是記憶整合。若想測試這些想法是否有效,有個方法是看這些想法如何適用於通常沒被研究的異國動物(如大型非洲哺乳動物)的睡眠。

過往研究表明,較大的哺乳動物睡眠往往少於較小的哺乳動物。所以體重在3000到5000公斤之間的非洲成年大象,不應該睡得太多。記錄腦電波是證明動物是否睡著的一種可接受的方法:大腦全腦活動的特徵在大腦清醒時,慢波睡眠或正在做夢(REM睡眠)時有所差異。但是,由於大部分顱骨為大額鼻竇組成,要在大象身上用外科手法幾乎是不可能的。

為了克服這一點,我們在威特沃特斯蘭德(Witwatersrand)大學的比較神經生物學小組,以及來自大象無國界加州大學洛杉磯分校的同事,改造了一種用於人類睡眠研究的活動計量儀。這使我們能夠監測兩隻野生大象母親的睡眠模式和習慣。

而研究團隊在 PLoS ONE 期刊上發表的結果之所以重要,有兩個原因。通過了解動物的睡眠,我們可以深入了解如何提高人類睡眠和生活品質。但同樣關鍵的是,理解像大象這樣的動物睡眠,有助於我們更了解它們,並提高我們的能力,發展出有益的保育和管理策略。

調查結果

我們使用的設備會輸出每分鐘的加速事件次數。它可以輕易植入皮膚下,以測量大象何時移動或不移動。在野外觀察大象之後,我們發現牠們身體最活躍的部位是象鼻。我們推斷,如果象鼻靜止五分鐘,代表大象很可能已經睡著 – 所以我們將活動計量儀植入在象鼻皮膚下。

將設備與 GPS 項圈、陀螺儀相結合,測量 x,y 和 z 平面上的身體運動,我們得到四個非常有趣的觀察結果:

  • 大象每天平均休息兩個小時;
  • 他們大部分的睡眠發生在站立的時候,但每三至四天會躺下來睡覺一次;
  • 有些晚上,他們沒有睡覺,而是行走了30公里
  • 他們睡覺和醒來的時間的環境條件與日升日落無關。

大象睡眠的秘密,告訴我們……

針對囚禁環境中的大象,現有研究發現,他們每天平均睡眠 4 至 6 小時。這是因為他們有足夠的時間睡覺。他們不必外出,尋覓食物來維繫身體所需,他們有更高品質的飲食,也沒有被捕獵的風險。

一隻大象需要每天吃約300公斤低品質的食物,因此也沒有太多時間留給睡覺。大象腦中的特點之一是下丘腦的食慾素神經元。這些神經元控制飽腹感和覺醒之間的平衡:如果你已經吃飽了,神經元就會沉默,讓你睡覺。如果沒有,他們會讓你醒來。

這種平衡和飲食品質解釋了為何越大型的哺乳動物睡眠越少,或草食動物睡眠少於肉食動物和雜食動物(如人類)。大象的數據支持此一睡眠研究中的新興理念,並幫助解釋為什麼大象睡得如此之少。

在被囚禁的環境中,大象大部分睡著的時候是躺著睡,但是他們有時也站著睡。通過陀螺儀和活動計量儀的組合數據,我們發現野生大象大多站著睡。每隔三天或四天才會躺下睡覺,為時大約一個小時。

哺乳動物在快速眼動期(REM)睡眠期間無法控制骨骼肌張力。所以對於一隻大象來說,要進入REM睡眠,就得躺下,因為沒有任何肌肉張力將非常難以保持站立,除非他們靠在一棵樹或一塊大石頭旁。

有想法認為 REM 睡眠的功能是記憶整合 – 白天的經歷會在 REM 睡眠期間被轉化為長期記憶。大象具有良好的長期記憶,但卻只在每三至四天才進入一次短短的 REM 睡眠。這意味著記憶鞏固理論可能不是 REM 睡眠功能存在的答案。

環境線索

有些夜晚,大象沒有入睡。一頭象有三個晚上都沒睡,另一頭則是兩個晚上沒睡。在這些無法入睡的日子,日落後不久,大象就遭遇打擾,也許是遇上出來狩獵的獅群,盜獵者,或是進入情緒暴烈期(Musth)的公象。在一夜之間,大象遠行約 30 公里。這種大象的行為未曾被記錄。這表明大象確實需要很大的空間,這在大象保育方面是很重要的 – 似乎小規模的保育地無法提供他們足夠的空間。

最後,大象睡覺(睡眠開始)和醒來(睡眠結束)的時間與日落和日出無關。然而,兩者都與環境的「真實感受」密切相關:像是溫度,濕度,風速和太陽輻射的混合。看來,要在對的時間入睡和醒來,環境線索是很重要的。如果我們更仔細研究,我們或許可以調整人類的睡眠環境,讓自己有更好的睡眠。

作者:威特沃特斯蘭大學比較和演化神經生物學教授保羅·馬格爾(Paul Manger)
本文最初發表在 The Conversation 上。 閱讀原文

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馬改變了人類文明,人又如何改變了馬?

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漫畫角色「神力女超人(Wonder Woman)」是一位「亞馬遜(Amazon)」族的公主,這裡的亞馬遜,脫胎自希臘傳說中,以女戰士形象發人遐想的亞馬遜人。而近來研究指出,歐亞草原上的遊牧民族「斯基泰人」,或許正是亞馬遜人的原型。圖/取自 Omega Level

馬,徹底改變歷史的馴化動物

馬被馴化以後,於交通、經濟、軍事等方面,都扮演過舉足輕重的角色,可謂深深影響著人類的歷史,然而馬最初馴化的狀況,卻直到最近幾年才比較清楚。(關於馬的 馴化,可以參考這篇文章:《馬與古文明:騎馬打仗是馴化後好幾千年的事?》)

馬是在何時、何地馴化,長期以來都有爭議。考古學家判斷本來野生的動物是否已經馴化時,往往依靠某些型態特徵分辨;然而各地野馬族群間,本來就存在相當的差異,使得判斷野馬是否已經馴化,常用的標準往往沒那麼可靠 [1][2]。另外現今除了普氏野馬(Przewalski horse)以外,所有野馬族群已全數滅絕,也導致缺乏比較對象。

目前認為馬被馴化的地點,是歐亞草原(Eurasia Steppe)西部某處,最可靠的證據來自位於哈薩克北部,距今五千多年的波泰文化(Botai culture);此處出土的動物遺骸,超過 99% 都是馬的骨頭。

考古學家分析 5500 年前馬的遺骸後,判斷比起野馬族群,波泰馬與其他馴化馬的型態比較接近;牙齒的磨損方式,也展露被騎乘過的跡象;遺址中的陶器,還能偵測到馬乳 [3]。以上三項證據表示波泰文化中,至少部分馬匹已經遭到馴化,也就是說,人類馴化馬匹的年代,至少在 5500 年前。

本次研究中,各年代的順序。圖/取自 Science影片

斯基泰人,馬背上的遊牧民族

古代 DNA 近來成為研究歷史的神器(延伸閱讀:《想重現侏儸紀公園?先征服古代 DNA 的種種難題!》、《尼安德塔人:尋找失落的基因組-科學界30年第一手內幕揭秘》),馬的演化史自然不會例外。之前研究曾經獲得馬被馴化以前,古代野馬的基因組 [4];最近的論文,則是報告了 14 個覆蓋率介於 1.2 到 10.9 的古馬基因組,讓我們能更加認識馬被馴化以後的演變狀況 [5]。

這回獲得最古早的基因組,是位距今 4100 年的女生,位於現代俄羅斯的 Chelyabinsk Oblast,也是波泰文化的西方 400 公里遠處。此處遺址屬於青銅時代的 Sintashta 文化,是史上最早出土馬戰車(chariot)的地方,這位被定序的女生和其他 3 頭馬,與馬戰車被葬在一塊。

Sintashta文化的居民,是史上首度使用馬戰車的人。圖/取自 Science影片

其他古馬基因組,都來自分佈於中亞、阿爾泰山一帶的「斯基泰人(Scythian)」墓葬。距今 2700 年的 Arzhan I,或許是年代最早的斯基泰遺址;考古學家在此發現 160 頭犧牲的馬,其中 2 個成為本次研究的樣本。距今 2300 年的 Berel 遺址,位於知名的巴澤雷克(Pazyryk)墓葬附近(《金怪獸GO!—古代歐亞草原上的神秘客》),則提供了 11 個樣本。13 個斯基泰古馬樣本皆為男生,死因都是在儀式中被犧牲。

「斯基泰」並非單一族群,而是鐵器時代時,由西到東分佈於歐亞草原上,許多共享類似文化的遊牧族群總稱。由於斯基泰人沒有自己的文字,後代往往透過他們周圍的人(多半是敵人),例如古希臘史學家希羅多德,帶有偏見的記載來間接認識他們。斯基泰人以草原為家,與馬共同生活,想必是養馬高手;透過分析古馬 DNA,將能直接揭露他們的養馬策略。

古馬樣本的遺址位置。有趣的是,東部斯基泰 Berel 和 Arzhan 遺址的位置,十分接近丹尼索瓦洞穴,見《丹尼索瓦人(上):尼安德塔人的神秘近親》。圖/取自 ref 5

馬有什麼特徵才受人喜愛?

由斯基泰馬配備的基因版本判斷,牠們的毛色多變,當初在儀式上被整群犧牲時,大概相當美觀 (誤)。也有大批與骨骼發育,還有減少水分喪失相關的基因被偵測到,顯然斯基泰人相當重視馬的速度與耐力,以及美麗。另外有趣的是,還有基因似乎與促進產乳有關。

比較古今各地馬群的 DNA 後,斯基泰馴化馬和野馬相比,許多改變的基因和認知、行為能力,以及耳朵形狀、神經索型態、神經系統的發育與運作關係密切。論文指出,這支持動物馴化的「神經脊假說(neural crest hypothesis)」。

為什麼各種馴化動物間,常具備類似的型態與生理特徵,還有遺傳缺陷?神經脊假說的解釋是:馴化動物有別於野生動物的特色,或謂「馴化症候群(domestication syndrome)」,大部分都可以追溯到胚胎發育時的神經脊細胞 [6]。神經脊衍生的影響層面很廣,包括直接受到人擇,或被間接影響,如各式毛色、不易受驚、強化的學習與認知能力、軟耳(floppy ears)等特色。

大部分與馬馴化相關的基因,都和神經索有關。圖/取自 Science影片

馬的遺傳多樣性,並未被馴化毀滅

馬跟人一樣,Y 染色體都是父子代代相傳,粒線體則是子女繼承自母親(延伸閱讀:《男生的Y染色體從何而來,有一天會消失嗎?》)。目前全世界馬的 Y 染色體變異極為有限,都能追溯到相當近期的一位馬爸爸,顯然是人擇的結果;除此之外,由於長期近親交配,使得許多現代的馬,遺傳上擁有某些有害變異。

馴化的代價之一,是毀滅本來的遺傳多樣性,幾乎已經變成常識。馬的馴化從五千多年前開始,一直到兩千多年前,將馬發揚光大的斯基泰人時,中間大約經過了三千多年;此時馬早已被完全馴化,照理說馴化該有的後遺症,應該都已經出現。遺傳學家根據目前 Y 染色體的變異程度,推論最初只有非常少數公馬被馴化,後來這個品系陸續與各地母馬情慾交流,才造成現在的情形。

古今各馬族群的遺傳負荷。圖/取自 ref 5

然而,這回由斯基泰古馬觀察到的狀況,卻不是這麼回事。斯基泰古馬在遺傳上,粒線體 DNA 的變異跟現代馬群差不多,Y 染色體卻遠比現代馬大得多;遺傳負荷(genetic load)方面,斯基泰馬群甚至比之前定序,未被馴化的野馬族群還要更低(遺傳負荷看這裡:《馴化生物教戰手冊—人馴化了作物,作物也馴化了人)。除此之外,對 5200 年前北極圈古馬的研究得知,牠們與現代馬共享一些遺傳組成[7];這次則發現,現代馬比起斯基泰馬,與野馬共享的 DNA 數目更加降低。

各項分析皆指出,馴化馬的多樣性至少到兩千多年前,在斯基泰人的經營下仍相當多變,特別是父系方面尚未喪失多樣性,跟後世大不相同。現代馬之所以欠缺遺傳變化,累積許多有害變異,都是在斯基泰時期結束以後,更接近現代時才產生。

儘管馬的地位不再,牠們仍繼續以各種形象,普遍出現在文創作品中,例如彩虹小馬。圖/取自 好色龍的網路生活觀察日誌

重現歐亞草原史

取材自斯基泰古馬的遺傳研究,再度展示了古代 DNA 的價值。假如只知道現代馬的 DNA,我們將永遠無法得知,直到兩千年前左右,馬已被馴化三千餘年時,仍未喪失遺傳多樣性。馬在什麼時候變成現在這樣,要解答此一問題,勢必需要更多古代基因組。

探究馬的歷史,還有另一層意義。馬的馴化起於歐亞草原,此後馬也一直是遊牧民族的招牌;幾千年來縱橫歐亞大陸,屢屢震撼周邊農耕族群的遊牧民族,卻在大航海時代後,徹底失去本來的地位。

草原曾經輝煌的過去,如今大半遭到遺忘,近年來才慢慢靠著考古研究,找回失落的故事;而馬,是我們重建歐亞草原史時,不可或缺的一環。

參考文獻

  1. Anthony, D. W. (2010). The horse, the wheel, and language: how Bronze-Age riders from the Eurasian steppes shaped the modern world. Princeton University Press.
  2. Anthony, D. W., & Brown, D. R. (2011). The secondary products revolution, horse-riding, and mounted warfare. Journal of World Prehistory, 24(2-3), 131.
  3. Outram, A. K., Stear, N. A., Bendrey, R., Olsen, S., Kasparov, A., Zaibert, V., … & Evershed, R. P. (2009). The earliest horse harnessing and milking. Science, 323(5919), 1332-1335.
  4. Schubert, M., Jónsson, H., Chang, D., Der Sarkissian, C., Ermini, L., Ginolhac, A., … & Fumagalli, M. (2014). Prehistoric genomes reveal the genetic foundation and cost of horse domestication. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(52), E5661-E5669.
  5. Librado, P., Gamba, C., Gaunitz, C., Der Sarkissian, C., Pruvost, M., Albrechtsen, A., … & Serres-Armero, A. (2017). Ancient genomic changes associated with domestication of the horse. Science, 356(6336), 442-445.
  6. Wilkins, A. S., Wrangham, R. W., & Fitch, W. T. (2014). The “domestication syndrome” in mammals: A unified explanation based on neural crest cell behavior and genetics. Genetics, 197(3), 795-808.
  7. Librado, P., Der Sarkissian, C., Ermini, L., Schubert, M., Jónsson, H., Albrechtsen, A., … & Mortensen, C. D. (2015). Tracking the origins of Yakutian horses and the genetic basis for their fast adaptation to subarctic environments. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(50), E6889-E6897.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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馬與古文明:騎馬打仗是馴化後好幾千年的事?

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生物分類的馬屬(Equus)之下包含許多物種,馬和驢都在其中。數萬年前人類就會捕捉野馬作為食物,在人馴化馬以前,牠們主要被當成食用肉類的來源。

Source: kaboompics.com

在歐亞草原被馴化

後來被馴化的「野馬(Equus ferus)」本來不存在於中東的低地地區。儘管安那托利亞高原與伊朗,西元前 5 – 8 世紀時曾有過野生的馬屬動物--亞洲野驢(Equus hemionus)和歐洲野驢(Equus hydruntinus)--但兩者皆於西元前 4 世紀消失。

馬被馴化的地點應該位於歐亞草原西部(阿爾泰山以西)的某處,然而確切年代與地點仍不太清楚。由某些遺址看來,馬也許最早在 7200 年前已為人馴化,但那些遺址不論是定年的結果,或該處的馬是否真的已經馴化完成,都無法讓人肯定。

圖中粉紅色的區域為歐亞草原帶,為歐亞遊牧民族的活動地域。圖/Türkic Archeology;作者編輯

一些學者根據考古記錄,認為介於 5000 到 5500 年前,多處本來沒什麼馬的地方開始明顯出現馬的蹤影,或許可作為那時馬已被馴化的指標。位於今日的哈薩克北部,距今約 5100 到 5600 年前的 Botai 文化,出土了 30 萬件動物遺骸,其中高達 99.9% 都是馬的骨頭。

Botai 出土的馬顱骨及頸椎。圖/KU

Botai 文化的居民生活與馬息息相關,他們吃馬肉,陶器裝過馬乳,也處理馬的排泄物;根據馬的牙齒判斷有些馬生前很可能還被配戴「馬銜(bit)」騎乘過。以上證據表示五千多年前的 Botai 文化中至少已有部分的馬屬於馴化馬。不過如上所述,馬可能更早之前已經在別的地方被馴化。

傳入中東

在中東早期遺址出土的馬很少,例如新石器時代,距今約 7700 到 9500 年,位於安那托利亞的加泰土丘(Çatal Höyük),動物遺骸中馬的比例不到 1%。相較於馬,中東和埃及人較早跟驢子結緣。

古埃及關於驢子的壁畫。source:Wikimedia

馴化的驢子(Equus asinus)被美索不達米亞、敘利亞以及埃及人,從五千多年前起當成駝獸;4500 到 4700 年前時則被訓練拖拉戰車,用於軍事用途(不過驢戰車無法衝鋒,戰力遠不如馬戰車);後來曾有人將馴化與野生驢配種,試圖培養更強壯的品系,然而之後從外地傳入的馬遠比本地的驢子更高大,也更強壯。

中東與高加索一帶,要等到距今 6000 年後馬的數目才開始增加。馬在歐亞草原被馴化後傳入中東,約 4200 到 4400 年前的美索不達米亞,阿卡德王朝(Dynasty of Akkad)的藝術作品中曾有馬相關的創作;而 4100 年前左右,蘇美人最早留下描述馬的文字記錄。

現存最早能確定人在騎馬,而非騎驢的畫像,距今約 4000 年。有意思的是,許多中東青銅時代畫作中的騎馬,騎乘姿勢看來跟騎驢一樣。假如用騎驢的方式騎馬將無法發揮騎馬該有的效率;然而也有可能只是因為中東畫師畫慣了騎驢,所以繼續用本來的風格畫騎馬,當時實際上卻不是那樣騎馬。

泰伊皇后印章,其王名圖章兩側各有一匹馬。整體意思為「富有馬的泰伊皇后」(Queen Tiy, rich in horse)。圖/UCL

引進埃及

馬對軍事的影響極大,將馬用於作戰,馬戰車(chariot)曾是相當重要的發明。馬戰車在考古記錄中最早出現在 3800 到 4100 年前,烏拉草原屬於 Sintashta-Petrovka 文化的遺址,比中東稍早;但隨後的草原地區,似乎沒有繼續發展這種兵器,因此馬戰車究竟起源何處,仍有爭議。能確定的是,自從馬戰車問世以後,馬在中東與埃及有了全新的角色。

中王國結束以前,埃及沒有馬。大概 3700 年前希克索人(Hyksos)進入埃及時,應該曾將馬帶到埃及;然而馬是否是由希克索人引進並不清楚,因為希克索人相關遺址,例如以色列的 Tel Haror,當中絕大部分馬屬動物都是驢子。值得一提的是,該遺址中出土的青銅馬銜,是全中東最早的金屬製馬銜(後來的馬銜大多是金屬製品,早期的卻是非金屬材質),那個款式的馬銜控制力更好,在幾百年後被用於馬戰車。

埃及最早馴化馬的可靠記錄,出土於努比亞的 Buhen 堡壘,年代是西元前 1675 年(距今約 3700 年),剛好是中王國即將結束,邁入第二中間期之際。等到西元前 1425 年(3400 多年前),法老圖特摩斯三世(Thutmose III)去世的時候,埃及的馬至少已有兩種品系,其中一種接近現代的阿拉伯馬,這種馬特別能適應炎熱的環境。

Kadesh 戰役的拉美西斯二世,站在馬戰車上拉弓進擊。圖/Echos of Antiquity

埃及距今 3300 多年的阿馬納文書(Amarna letters)記載,巴比倫的加西特(Kassites)王朝國王時常將馬匹作為禮物贈予法老。西臺國王哈圖西里三世(Hattusili III)也曾向巴比倫索求馬匹。或許身處伊朗西方的巴比倫,得利於其地理位置,快樂地扮演馬匹貿易的轉運中心。

馬與戰士

目前留下最古早的養馬手冊,原作於西元前 15 世紀的西臺,記載如何飼養軍馬;而此刻,馬戰車的發展也達到巔峰。縱橫後世數千年的「騎兵(cavalry)」要等到西元前 9 世紀才在中東地區首次出現,不過很迅速地,於西元前 6 世紀時已經超越馬戰車。

這裡要解釋一下,假如能根據牙齒上的咬痕判斷馬銜留下的痕跡,那麼至少在五千多年前的 Botai 文化就已有人騎馬。當時的人也許會騎馬參加武裝衝突,卻不一定是騎去打仗,更可能是為了逃跑;假如狀況真是如此,並不能稱之「騎兵」,或至少不能與後世騎馬射箭、作戰時進攻的騎馬戰士混淆。

法老Tutunkhamun在馬戰車上。source:MaxPixel

為什麼人類早已馴服馬匹能夠騎乘,卻要等到 3000 年前才能騎馬打仗,更早以前都要依靠馬戰車?

真實原因並不清楚。一個合理的解釋是,早期作戰威力來自弓箭,但銅石並用與青銅時代的弓都是長弓,騎在馬背上不好發射,而且當時的箭頭品質不齊。整體而言,與其騎在馬上晃來晃去,用難以出手的長弓,發射射品質不一的箭,實戰時不如駕駛相對平穩,能穩定發揮弓箭火力,還能丟標槍的馬戰車。

等到進入鐵器時代,發明尺寸變小,又能保持威力的反曲弓,加上品質更加整齊的箭頭後,馬背開弓不再是障礙,兼具機動力與致命火力的弓箭手騎兵至此誕生。人類的暴力對抗史從此進入新紀元,由數輛馬戰車配合一群步兵的戰術,落伍後被逐漸淘汰。

很久很久以後

馬,曾經扮演過人類的食物、載具、武器等等角色,不過時至今日,馬戰車和騎兵都跟埃及法老一樣,進入歷史的洪流,成為考古研究的題材。馬的歷史就和神秘古埃及一樣,仍有許多未解之謎,等待探索。(最近有更多馬的新發現!《馬改變了人類文明,人又如何改變了馬?》)

原作《馬的馴化,古埃及與中東的馬》,發表於古埃及練習曲,歡迎追蹤粉絲頁

參考資料:

  1. Anthony, D. W. (2013). Horses, ancient Near East and Pharaoni Egypt. The Encyclopedia of Ancient History.
  2. Anthony, D. W., & Brown, D. R. (2011). The secondary products revolution, horse-riding, and mounted warfare. Journal of World Prehistory, 24(2-3), 131.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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鯊魚退散!海軍漫長的防鯊之役──《不為人知的敵人》

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  • 【科科愛看書之本月選書】軍隊最大的對手是誰?才不是那些顯而易見的持槍敵人,而是疲勞、噪音、酷熱、腹瀉、恐慌……等等你根本料想不到的邪惡角色。快跟著瑪莉羅曲那明快而幽默的腳步,一起深入軍營去見識那些《不為人知的敵人》,看看科學是如何用有趣的方法力抗各式另類殺手。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

問:如果你手下的士兵都害怕鯊魚該怎麼辦?

其實,如果真要鼓舞士氣的話,反而應該讓官兵瞭解那些事實和統計數字。麥金泰寫說:「對於緩和官兵的恐懼來說,正確的資料反而比任何驅鯊劑要來得周全而且有效。」1944 年開始, 海軍就在按照這種想法在做。他們的航空訓練部(Aviation Training Division)發行了一本叫做《鯊魚常識》(Shark Sense)的小冊給新進的飛行員。這本小冊共有 22 頁,附有漫畫,畫的是鯊魚在奔竄、逃跑、滿頭大汗、哀求的畫面,整本都是讓人讀了會放心的事實。

滾開!我不怕你。圖/GIPHY

後來證實其中所言不虛。統計二戰中 2500 名機員的海上求生報告,結果總共有 38 次目擊鯊魚,其中 12 次人員受傷或死亡。

不過,《鯊魚常識》雖然令官兵安心,卻沒有解答官兵要是在海上遇難心裡會有的急切問題。海水裡只要有一滴人血,鯊魚是不是真的就會聞到?聲音是會招惹鯊魚,還是嚇走鯊魚?移動的話會不會怎麼樣?包括厄瓜多的游泳客在內,某些人的報告說,拍打鯊魚會把牠們嚇走;有的卻說那會引起牠們的興趣。實際上到底如何?沒有人知道。

1958 年,海軍研究辦公室生物學部主任席尼.蓋勒(Sidney R. Galler)決定一探究竟。他提供經費成立「鯊魚研究群」(the Shark Research Panel),並協助設立「鯊魚攻擊檔案」(Shark Attack File)。這座全球事件資料庫延續至今,已經成為「國際鯊魚攻擊檔案」(International Shark Attack File)。大衛.博爾德里奇統計分析 9 年的鯊魚攻擊檔案,給了全世界「大部分我們現今所知的鯊魚攻擊知識」。(引自 2013 年美國海洋漁業服務署〔National Marine Fisheries Service〕的一篇論文。)除了這大部分之外,其餘則是來自 1950 年代海軍研究辦公室的資助成果;關於鯊魚掠食、嗅覺和取食行為等等。《海洋漁業評論》(Marine Fisheries Review)曾刊登過一篇紀敘鯊魚研究史的文章。博爾德里奇告訴文章的作者說,「你若想對鯊魚研究有什麼好點子,你就要去找席尼。」

比起尿液和汗液,鯊魚更愛你驚恐的味道

亞伯特.泰斯特(Albert L. Tester)真的去找席尼了。他當時有個好點子,實驗室外面的海上有 3 種鯊魚,還有一組兩個長 50 英呎的海水槽可做實驗。泰斯特在馬紹爾群島(Marshall Islands)的艾尼維托克海洋生物實驗室(Eniwetok Marine Biological Laboratory)工作。(艾尼托維克和比基尼島〔Bikini〕1 一樣,都是環礁〔atolls〕。美國曾在比基尼島試爆原子彈。海洋生物實驗室在試爆之後負責提供放射性落塵對海洋生物,以及當地工作人員的影響──要是有人追蹤後續幾十年的訃聞的話)

泰斯特開始尋找是什麼把鯊魚吸引到獵物身上?鯊魚是靠視覺還是嗅覺進行獵捕?如果是嗅覺的話,是哪種氣味?是誰的氣味?如果驅趕鯊魚並非上策,那麼水手或飛行員最好的處置應該就是,一開始就不要把牠們吸引過來。

我們先講好消息。人的尿液不會吸引鯊魚。施放量從半茶匙到 1/3 杯不等,泰斯特水箱裡的黑鰭鯊(blacktip shark)都沒有興趣,不會興奮起來,但也沒有排斥。牠們有注意到這東西;這可以從牠們突然轉身或突然出現的「漩渦」看出來。要是有人在游泳池水裡碰到尿液,但是他沒有眉毛可抬,沒有肩膀可聳,大概就會做這個動作。

「什麼味道(☉д⊙)???」圖/Matt Kowalczyk @Flickr

鯊魚對人的汗液也沒有興趣。鯊魚研究室裡面很熱,泰斯特和學生常常用海綿互相吸身體上的汗水,擰到一桶海水中,再悄悄地用虹吸法將海水注入鯊魚水箱中。一般而言,鯊魚會有點嫌惡──這你能怪牠們嗎?泰斯特的汗水尤其讓牠們反彈。水箱中即使只有百萬分之一他的汗水,黑鰭鯊聞到了都會擺擺頭,「立即離開那一區」。

全身汗液──外分泌汗腺分泌的冷汗──和緊張時流的汗(flop sweat)不一樣。如果泰斯特也有像我摩奈爾化學感官中心的朋友那樣,收集我在壓力之下流出的腋下汗水,他的測試結果可能會不一樣。鯊魚可能會聞到落水者「灰心喪志」、「這個好搞」的氣味,因而轉為攻擊模式。

鯊魚偏好的獵物如果正好處於壓力之下,就會發生這種事。鯊魚會感受到這一餐「不麻煩」, 就會圍過來開始攻擊。泰斯特「用木棍威脅」(其他人的說法是「戳」)侵擾水桶裡的石斑魚,然後把這桶子裡的水──科學措辭叫做「驚恐的石斑魚水」──打入鯊魚水箱,結果激起鯊魚「劇烈的獵食反應」。由於獵物並不在水箱之內,所以我們知道引發鯊魚掠食動作的,並非是「看見」石斑魚或是「聽見」石斑魚的吵鬧聲,而是石斑魚皮膚或魚鰓排出了某些化學成分。但不是只要石斑魚氣味就會有這種效應。將「靜止的石斑魚水」打入水箱,鯊魚都不怎麼理會。

如果鯊魚「聞」到魚群掙扎或驚慌的訊號,便會視他們為容易獵捕的食物。圖/Kiks Balayon @Flickr

魚的血和腸也會引發劇烈反應。魚血和魚腸是高調公告魚憂鬱症(piscine distress)的「喇叭手」。博爾德里奇發現,這裡面傳遞的化學訊息很強,強到讓鯊魚連老鼠都可以吞下去;當然這隻老鼠的皮毛上塗有「鯔魚混合液」(整尾鯔魚和水混合)。但這依舊不是經由一般味覺反應所產生的動作。在另一項研究中,鯊魚起而攻擊一塊海綿;當然,這塊海綿事先有在一碗魚的體液中浸泡過。他寫說:「不論是什麼東西,只要先用魚『汁』處理過,幾乎都會引發鯊魚攻擊。」

這些「會引發鯊魚攻擊」的東西,包括魚叉漁夫(spearfishers)在內。有的魚叉漁夫在海裡游動時,會將漁獲繫在腰際或用細繩拉在後面;漁夫這樣做特別危險。博爾德里奇進行其研究分析期間,「鯊魚攻擊檔案」記載的案例總共有二百二十五起提到現場有受傷的魚或魚血魚腸。泰斯特很驚奇:「鯊魚可以這麼快速並準確地追蹤到懊喪中的魚(比如說鉤在魚鉤上但沒有受傷的魚)。」

「鯊魚攻擊檔案」中的受害者,有 17% 遭受攻擊時是穿著潛水衣,這一點或許可以用「魚叉獵魚」法來解釋。原來的理論是說,鯊魚把穿著黑色潛水衣的漁夫誤當做是海豹。或許也有這種事情,但是既是魚叉獵魚,那麼較可能的其實是,潛水衣的配件──魚叉和皮帶上流血的魚──引來了鯊魚。

死魚也會發出晚餐鈴聲。泰斯特讓黑鰭鯊和灰鯊接近一系列的魚肉,包括:鮪魚、鰻魚、石斑魚、紅魚、鸚鵡魚、巨蛤、章魚、烏賊、龍蝦等等。測試之後,他把這些以下這些列為吸引鯊魚的因素:鯊魚不喜歡有風險;哪一頓飯不需要打架就有,牠才會去吃;有傷的不錯,死的更好。

萬用驅鯊方法?沒有這種東西啦

這樣,你就會開始懷疑用鯊魚腐肉做出來的所謂「驅鯊劑」的品質了。泰斯特也搞不懂。他從一名漁夫那裡取得一份「號稱驅鯊劑」的東西;從一間漁業實驗室取得一份;自己研究團隊把髻鯊(hammerhead shark)和虎鯊(tiger shark)的肉,放在熱帶氣候中的室外一週,這樣也做了一份。這三份「驅鯊劑」都觀察不到驅鯊效果──相反地,有時還引來了鯊魚。「我們的結果似乎和史布林格的結果有出入,無法做到有說服力的解釋。」泰斯特對於鯊魚處理工廠的反彈所具的強烈吸鯊效果,可能毫無所知。

魚肉引鯊,人肉亦然。二戰期間的鯊魚攻擊報告一再看到屍體受害的案例。水手漂浮在海上, 可能會因為撞到鯊魚或光是用腳攪水,就引來好奇的鯊魚。(博爾德里奇觀察到,光是老鼠在海裡游動時後腿踢到鯊魚的鼻子,都會引發鯊魚驚愕的反應,立即離去。)1945 年,美國海軍印第安納波里斯號被日本潛艇以魚雷擊沉。

這次沉船事件在後人討論鯊魚攻擊事件時,經常被提到。有本論及此次事件的暢銷書,引用一名倖存者的話說:「鯊魚喜歡追擊死人。」2 美國海軍醫學與外科局進行口述歷史紀錄時,海軍上校路易斯.海內斯(Lewis L. Haynes)回憶說:「老實說,我在海裡漂浮了 110 個小時,完全沒看到有人被鯊魚攻擊……。」他說,那些鯊魚「對於那些死者好像已經很滿意。」他說這次事件總共找回來 56 具斷肢殘骸,但是除了少數幾具,沒有跡象顯示他們生前被鯊魚咬過。

這樣說的話,牠們為什麼要緊跟著救生筏?你問為什麼嗎?牠們是為了救生筏底下的東西而來。救生筏底下其實有成群的魚,也許是為了躲入蔭涼之處,也許是來吃一些也是來躲蔭涼的小型海洋生物。二戰時期的一名水手回憶說:「 大魚來吃桃花魚(minnows),更大的魚來吃大魚,最後是有背鰭的傢伙跑來看看這裡到底是怎麼一回事。 」還有一個故事(我想說這個故事,純粹是因為我喜歡它)說:「鯊魚直接潛入救生筏底下,聚集在那裡……我們全都安靜地坐在那裡,……我們的雷達員因為怕救生筏會翻覆,後來就不再坐在筏邊大便。鯊魚的這種行為反覆了好幾次,但是好像和我們沒有關係。」

這種「沒有關係」後來也一直都是。就我所知,近代史上見諸紀錄海軍官兵被鯊魚咬的事件只有一例。2009 年澳洲雪梨港進行反恐演習時,一名搜索潛水員(clearance diver)被一頭牛鯊(bull shark)一口咬斷手和腳。喬.坎恩(Joe Kane)是海軍特別作戰指揮部(Naval Special Warfare Command)通訊專家。我也問過他海軍海豹特戰隊是否被鯊魚攻擊過。他說:「你這個問題問錯了。問題不是海軍海豹部隊需不需要驅鯊劑,而是鯊魚需不需要驅海豹部隊劑。」

現代美國海軍並沒有正式的鯊魚攻擊訓練課程。一名潛水員記得海軍告訴他的是,如果他感覺有鯊魚危害,就要慢慢潛到水底尋找掩護。1964 年,空軍發行了一部「防備鯊魚」教育電影, 告訴飛行員如果落水後遇到鯊魚,就往水裡吹泡泡或往水面大喊。我問資深鯊魚攝影師羅勃.康特里爾(Robert Cantrell)說他怎麼看這種建議。他幾十年來常常在水下拍攝鯊魚,都不用防護鐵籠。這人對著一群激動的藍鯊(blue shark)用了「會咬人」(nippy)這種形容詞來形容。他給我的回答就和博爾德里奇和泰斯特常常想到的一樣,端看是哪種鯊魚而定。康特里爾說,對著水面大叫可以暫時嚇走牛鯊,但對虎鯊沒有用。吹水泡可以嚇走藍鯊,但是對其他種類的鯊魚一概沒用。

我吹我吹我吹吹吹,鯊魚快走開!圖/GIPHY

美國空軍最後一次所做的建議讓人存疑:把紙撕碎,丟在自己身邊四周。我假設他們建議這種方法只是要讓鯊魚分心,甚至只是要讓水手自己分心,因為會讓水手專心接受挑戰──漂浮於海中的時候還要尋找紙張。康特里爾有一次試驗把餿掉的貝果丟到海面上,結果虎鯊立刻游過來,牛鯊則是理都不理。所以,康特里爾對潛水人有什麼建議呢?他說,「享受這個經驗吧。」

小姐小姐,你聞起來像海豹?

但我們現在來提一個很多水手心裡都有的一個問題:人血真的會引來鯊魚嗎?這一點博爾德里奇和泰斯特的試驗結果卻不一樣。鯊魚的行為表現有時候像是真的被人血吸引了,但有時候卻又會避開有血區域。泰斯特懷疑血液的新鮮程度或許是個因素。以他自己的試驗而言,黑鰭鯊和灰鯊會被流出僅一、兩天內的血液吸引,而且濃度只有海水的百萬分之零點零一。不過博爾德里奇對「鯊魚攻擊檔案」的分析結果卻與此不符。1115 例中只有 19 例受害者,在攻擊發生當時有流血。

他的結論是:「很多遇到鯊魚攻擊的受害者,都只是受到一次攻擊;然後,雖然此時他們的傷口已經流出很多血,但是鯊魚卻離開了,並沒有進一步攻擊他們。這種情形之下,很難接受『人血極為吸引鯊魚,很容易使鯊魚激動』這種觀念。」

博爾德里奇自己所做的試驗,是以四種鯊魚測試較為創新的選項:在水中游動但身體流血的老鼠。老鼠也是哺乳類,所以牠們的血應該也和人血一樣吸引(或不吸引)鯊魚。結果不出所料,鯊魚一點興趣都沒有。

有條底線是,鯊魚的攻擊行為和多數動物的攻擊行為一樣,絕大部分都是針對獵物的。如果你的模樣看起來或氣味聞起來不像「晚餐」,牠們就不會把你當「晚餐」對待。掠食者通常只對自己最喜歡吃的生物的氣味有感。鯊魚不吃人肉;雖然也能感測到人血,但是除非很餓,通常不會有什麼動機要追蹤流血源頭。

有些女性喜歡去海水浴場游泳,但是碰到月經來的時候又會害怕。我們上面所說的事實應該會讓她們安心才是。但事實上月經血不一樣,比較獨特,其實是應該要擔心鯊魚的。所以可以的話, 就來個短暫的岸上休假吧!60 年代美國海軍不用女兵,因為女兵有月經。但是國家公園服務處(National Park Service)卻很有興趣。1967 年,兩名女性(其中至少一名正好月經來潮)在冰河國家公園(Glacier National Park)被大灰熊咬死。很多人猜測是她們的月經血引發灰熊攻擊,但野生動物生物學家不相信這種說法。

布魯斯.庫辛(Bruce Cushing)(好玩的是,在後來的熊類攻擊與月經研究中,他的名字被提到時老是被說成布魯斯.嘎辛〔Bruce Gushing〕)決心要收集一些資料。庫辛決定選定北極熊做研究,因為北極熊幾乎完全只吃海豹。這樣就會有一條很清楚的基線,可以對比這種動物對女人月經血的興趣程度。

你要是把海豹油放在風箱裡面,對著關在鐵籠裡的野生北極熊吹,那頭北極熊便會發生庫辛所謂「最極致行為反應」。北極熊會抬頭聞空氣,會大量流口水,會站起來走來走去,喉嚨發出咕嚕咕嚕聲,發出呻吟聲。

北極熊只有庫辛在風箱裡另外擺了一樣東西時,才會這樣呻吟,這樣東西就是女生用過的月經棉條。無論是雞肉、馬糞、麝香或是沒用過的棉條,都達不到上述的效果。和這一樣東西最接近的,就是月經期間的女性。月經期間的女性不用坐在風箱裡,只要被動地坐在面對北極熊的鐵箱椅子上,驚嘆地球上的生命多麼奇特即可。庫辛也曾經從人體靜脈抽血出來測試,但並沒有讓參與實驗的四頭熊發聲任何反應。

換句話說,用過的衛生棉條之所以會吸引北極熊,不是因為有血,而是因為裡面有一種獨特的陰道裡的東西;是那種──很抱歉──聞起來像海豹身上氣味的分泌物。這很有道理,不是嗎? 女性衛生公司要是請實驗室測試芳香月經產品的效果,實驗室所用的標準氣味就是一種叫做「魚味胺」(fishy amine)的東西。

衛生棉條那種陰道加海豹的氣味實在太強烈、太誘人了,弄到北極熊都沒發現那個東西吃起來不像海豹。52 例中有 42 例,北極熊看到放在木樁頂上的舊衛生棉條(科學措辭叫做「舊衛生棉條木樁」)不是把它吃掉,就是「用力嚼」。唯有使用海豹肉,才會使北極熊更加一致地表現出這種行為──把海豹肉扯下來吃掉。浸泡過一般血液的紙巾──同樣釘在木樁上,好像用骷顱頭警告那些不怕死的叢林探險者一樣──只有三次被北極熊吃掉。

北極熊的這一切表現有告訴我們鯊魚的什麼事嗎?女性該不該擔憂鯊魚?很難講。鯊魚有多喜歡海豹肉?石斑魚死掉之後氣味就像用過的衛生棉條嗎?不知道。但如果我像部分女性讀者一樣月經正好來,我會待在甲板的躺椅上不出去。

庫辛的論文下結論說,既然北極熊喜歡用過的衛生棉條,那麼熊科動物就極可能都會喜歡。但是熊和鯊魚一樣,品種很多。叢林熊類就沒有北極熊那麼喜歡海洋生物的腥味。灰熊喜歡鮭魚,但要新鮮的才吃。黑熊會找垃圾吃,所以天曉得牠們這些年來是怎麼養成這種口味的。

為了獲得定論,美國林務署(US Forest Service)決定開始進行試驗。 1988 年 8 月 11 日, 如果你曾經在明尼蘇達州某處垃圾場丟垃圾的話,你大概就曾經目睹那個情景。北中森林實驗站(North Central Forest Experimental Station)的林.羅傑斯(Lynn Rogers)和兩名同事寫說:「我們把(舊)衛生棉條綁在纖維線上,向覓食的熊扔過去。儘管有些『釣餌』清楚可見──投出去時先從熊的身邊經過,再拉回來,拉到牠的鼻子下方」,但 22 件舊衛生棉條中其中有 20 件熊視若無睹。

「用手」丟給那些經常在實驗餵食站出入(現在沒有了)的黑熊,結果那些衛生棉條的命運也差不多。把 5 片舊衛生棉條綁在一起,丟到一群黑熊前面也是一樣。另外有一次試驗是把濕透的衛生棉放在熊進出的路上,一次放 6 片,其中 4 片浸泡過月經血,一片浸過一般的血,一片是牛肉脂肪。結果 11 頭熊有 10 頭「先聞一聞衛生棉,然後把浸泡過牛肉脂肪的那塊吃掉,就走了。」

這一切,一次一次見證的是國家森林的安全,以及黑熊的耐心。

注釋:

  1. 兩件式泳裝的發明人路易斯瑞爾德(Louise Reard)之所以把他的泳裝叫做比基尼,原是希望這種泳裝會引發「爆炸性反應」。很多人-包括 monokini、tankini、trikini 等各式泳裝發明人-都被 bikini 的「假」字首 bi- 矇騙了很久,以為 bikini 在馬紹爾語是「兩件」的意思。事實上,bikini 在馬紹爾語指的是「椰子之地」──無心插柳,但確實恰好讓人感覺很愉悅。
  2. 譯註:印第安納波里斯號遭日軍潛艇以魚雷擊沉之後,艦上水兵跟著遭到鯊魚群攻擊。

 

 

 

本文摘自《不為人知的敵人:科學家如何面對戰爭中的另類殺手》八旗文化出版。

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剛搬家就有蟲蟲危機?不速之蟲原來是玉米象──《害蟲偵探事件簿》

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  • 【科科愛看書】你以為只有骯髒的地方才會有害蟲?這種想法實在太天真了,翻開《害蟲偵探事件簿》就會發現,原來蟲蟲危機無處不在,就連新建成的潔淨建築也不例外。那我們到底該怎麼辦?不用擔心,跟著害蟲偵探一起辦案,就像有了金鐘罩鐵布衫,把害蟲通通擋在你家之外!

救命啊!新家被蟲蟲入侵了

大概是某一年的四月底吧,總之有一天早晨,住在神奈川日吉的朋友打電話到我橫濱的辦公室。他語氣沉痛地表示,剛蓋好的住家裡到處都是小黑蟲,妻子、孩子跟他自己都快崩潰了。

「拜託你幫幫我。」朋友說完這句話便掛掉了電話。

我頂著剛睡醒的一頭亂髮,立刻衝出辦公室前往他家。到了現場一看,他與家人正在院子裡嚇得直打哆嗦。

我馬上巡視新蓋好的建築物,只見地板、牆壁、天花板、廁所、浴室都看得到爬來爬去的玉米象。這棟新居蓋在由農地填土而成的人工建地上,誰也想不到怎麼會有這麼多玉米象?但答案就在腳下。檢查地板下方時,發現施工過後的木屑散落一地,裡面有些木片還有玉米象咬出的細小溝痕及孔洞……。

玉米象一如其名,以啃噬穀物而聞名,其分布範圍遍及世界各地。這類昆蟲是米、麥、玉米等穀物的重要害蟲,主要有玉米象、米象(Sitophilus oryzae)、穀象(Sitophilus granarius)等。還沒發現穀象正式落腳於日本的確切證據。

玉米象是眾多穀類的敵人!圖/draculina_ak @ Flickr

飛啊飛啊~到處是玉米象

大量出現在新居的是玉米象(Sitophilus zeamais (Motschulsky))成蟲,體長約 2.3 到 3.5 公釐,具有象鼻狀的口吻。體色呈黑褐色、有光澤。前胸背板前方的幅圍狹窄,前翅有四個黃褐色的不明顯斑紋(照片 1)。幼蟲體長約 3 公釐,體色呈乳白色,各節有許多橫皺,體態肥滿,化蛹的體型則會稍微瘦一點。

照片1:啃食小麥的玉米象(Sitophilus zeamais (Motschulsky))。圖/《害蟲偵探事件簿》

可能發育的溫度範圍在 20~30 ℃,在氣溫 25 ℃、濕度 70%的環境下,從卵發育為成蟲的所需期間平均 32 天。據報告指出,在自然狀態下,夏季的發育所需期間約 35 天。

成蟲的食性除了義大利麵以外,也習慣在固體上穿孔及產卵,並以麵粉及米食粉類等食材為餌食。幼蟲是典型的「種子害蟲」,會在穀物種子裡發育,也會在義大利麵條裡、乾麵或蕃薯乾切片等食材裡繁殖。

玉米象雌蟲會用象鼻狀的口吻(照片 2)在穀粒開一個小孔,在裡面各產一顆卵,再用分泌物將洞口封起來(egg plug)。

照片2:玉米象雌蟲的口吻(頭部)。圖/《害蟲偵探事件簿》

孵化的幼蟲會啃食穀類及其加工產品、義大利麵等食材的內部,成長到四齡幼蟲後即在原處化蛹。羽化的成蟲會在穀粒內部待數天,等到覆蓋身體表面的角質層(cuticle)硬化後,便咬破穀粒鑽出來(照片3)。成蟲具有飛行能力。

照片3:從義大利麵條裡羽化,正要鑽出來的玉米象。圖/《害蟲偵探事件簿》

至於一年長成次數,室內可達到四世代,野外的自然條件下約二到三世代。玉米象會以成蟲形態越冬,來到野外後,會棲息在倉庫的屋簷下或附近的石頭、木片下方。此物種分布範圍遍及全世界,是儲存穀物的重大害蟲。

米象對上玉米象:來啊,來單挑飛行能力

在日本的玉米象中有一近似種稱為米象(Sitophilus oryzae (Linnaeus))。成蟲的體長約 2.1 到 2.3 公釐,比玉米象略小,同樣具有象鼻狀的口吻,體色呈紅褐色到黑褐色,前胸背板的兩側邊緣大致呈平行。前翅的黃褐色斑紋比玉米象清晰。必須直接觀察生殖器才能判定其蟲正確的性別。

在氣溫 25℃、濕度 75% 的環境下,發育所需期間平均 35 天。在自然條件下的發育期間比玉米象稍微長一些,氣溫 25℃ 的環境下,平均壽命可達到四個月,而食性與玉米象極為相似。

玉米象與米象的最大差異在於成蟲對寒冷的忍受程度。米象的成蟲在冬季的自然條件下會滅絕,僅有幼蟲能在穀粒裡越冬。生長適溫比玉米象高,約 30℃ 到 33℃,國內分布範圍最北達到宮城、秋田附近。抗寒力佳的玉米象甚至能在北海道旭川附近越冬。

玉米象與米象還有一項最大差異,有的米象沒有飛行能力,尤其是日本種的米象,生來不具飛行能力。分布範圍與玉米象類一樣遍及全世界,日本國內以玉米象居多,但是從整個世界來看,以米象略佔優勢。

真相只有一個,兇手就來自──

某間食品倉庫公司與我聯繫,說倉庫裡保存的伊朗人專用玉米食材裡有「玉米象」。我立刻前往現場調查,確實在玉米袋包裝裡發現了許多看似玉米象的蟲子。承辦人問我:「這些蟲子是從哪來的?」為了進一步確認,我便將相關證物帶回去詳細檢驗。

經過鑑定後,確認這些侵入的蟲子不是玉米象,而是米象。但是找不到證據顯示它們究竟從何而來。困難之際幸得神助,當我向本書的監修者林晃史博士請教,他竟說道:「你仔細觀察看看,這米象會不會飛?」

我再次調查了帶回來的米象樣本,確定它具有飛行能力,倉庫的承辦人也證實:「它們的確在倉庫裡飛來飛去。」換句話說,由於日本國內的米象種類不具飛行能力,會飛的米象極有可能是從出口國或者流通據點等場所侵入。

木屑掰掰,蟲蟲不再來

話說回來在朋友的新居爬來爬去的玉米象,主要是把放置在地板下的木屑當成越冬場所,才會大量孳生。後來把所有木屑回收、室內各個角落全部清洗得乾乾淨淨,從此再也沒有發生蟲害,朋友一家人總算能安心居住。這次案件算是不幸中的大幸,地板下的木屑同樣是白蟻的棲息場所,但幸好這次白蟻並未入住。我建議朋友一定要向建設公司強調這一點。

木屑提供了玉米象越冬的環境。圖/steve lodefink @ Flickr

儘管如此,又得話當年了。在我們小時候,常常會在米粒裡看見玉米象,牠不會咬人,跟米一起煮來吃也不會中毒,更不是傳播疾病的媒介。但是對現代人來說,只覺得看起來很噁心、並因此產生恐懼。我趕到朋友家時,也不禁莫名其妙,為什麼人們對蟲子如此畏懼?

不過,小時候一旦發現儲藏的米裡有玉米象,就會被大人叫去幫忙,要把米擺在戶外曝曬,並且看守一整天,防止麻雀來偷吃。小孩子玩遊戲的計畫也因此泡湯。只有那個時候,我們才恨透這些討厭的小蟲子,還替它取了名字,叫作「吃米蟲」。

順帶一提,朋友住家一案對我而言十分難忘。當時我剛投身除蟲工作,正猶豫著是否以此為終身志業,就在摸索未來的過程中遇到這件案子,總算讓我大致確定這一行「行得通」。一般人眼中的「害蟲」,對我可是「財蟲」。


 

 

本文摘自《害蟲偵探事件簿:50 年防蟲專家如何偵破食品中的蟲蟲危機》臉譜出版

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曾是智人祖先的鄰居?納萊迪人新發現

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近來我們對人類演化史的認知突飛猛進,同時也多了更多謎團。在 2015 年發表論文正式被昭告天下的納萊迪人,是其中一個未解之謎 [1][2]。今年又有一批新的論文問世,現在,我們知道了他們生存的年代,也在另一處發現其他的納萊迪人。

納萊迪人,兼具古老與衍生特徵的南非古人種

納萊迪人的化石自南非出土,是洞穴探險家在 2013 年,探勘一個叫作「升星(Rising Star)」的岩洞系統深處時無意發現的。經過 2 年研究後,納萊迪人的研究報告一經發表,便震撼世界。

升星岩洞系統的結構(左),新發現納萊迪人化石的勒塞迪地洞(右上)和上次找到化石的迪納萊迪地洞(右下)所在位置。圖/ 金山大學新聞稿〈 Homo naledi‘s surprisingly young age opens up more questions on where we come from 〉

發現納萊迪人的地點,位於曾出土大量古代人類化石的遺址:「人類的搖籃(Cradle of Humankind)」附近,然而納萊迪人化石意外重見天日以前,沒人料想得到,在那麼深、那麼黑暗的通道內部,竟然躺著至少屬於 15 位個體,超過 1550 件遺骸!

一群死人骨頭躺在不見天日的地底深處,已經夠獵奇,更神秘的是,保存納萊迪人的迪納萊迪地洞(Dinaledi Chamber)內部,不但見不到任何工具、缺乏用火的痕跡,也幾乎沒有其他動物化石,更缺乏外力涉入的跡象。假如地洞構造沒有經過大幅變動,剩下最可行的解釋就是,遺骸是當年被其他人運送進去的。可是,為什麼?

地洞內部什麼都沒有,就納萊迪人的化石最多。詳加研究後,古人類學家認為地洞內所有化石,應該皆屬於同一物種,因此這是所有非洲遺址中,除了智人以外,一次出土單一人種最多個體的記錄;放眼非洲之外,也只有距今 43 萬年的西班牙胡瑟裂谷遺址,超過這個人數。

有了 15 個人,幾乎湊齊了每個部位(只缺了一小部分鼻子),古人類學家可以相當詳盡地,研究這種滅絕生物的型態特徵,如此良機可謂前所未有!一番討論後,研究團隊決定將這種動物歸類為 Homo(人屬),命名為新種 Homo naledi

根據 2015 年論文,整理納萊迪人各部位的形態,兼具人屬與南猿屬的特徵。圖/ 國家地理雜誌〈This Face Changes the Human Story. But How? 〉

儘管分類為 Homo,納萊迪人有些型態特徵卻更類似南猿(Australopithecus),特別是屬於身體核心的部位,像是肩膀和骨盆;而身體外圍,如四肢的構造,還有整體身高,則與人類相似。納萊迪人全身上下,最令人吃驚的大概是腦容量,是只介於 465 到 560 cc 間的南猿等級。所有已知 Homo 中腦袋一樣小的,只有佛洛勒斯人(Homo floresiensis),可是佛洛勒斯人是住在離非洲很遠,東南亞外海的佛洛勒斯島上;納萊迪人卻是住在南非,人類演化的大本營。

出乎意料的接近現代

兼具各家人種型態的納萊迪人,與其他人種之間的關係,難倒了各方大德。一大問題在於不知道他生存的年代;由型態判斷,配備許多古早人種型態的納萊迪人,生存於超過 100 萬年以前,應該是較為合理的推論。只是,迪納萊迪地洞的狀態相當難以定年;之前只能確定納萊迪人的年代,超過碳同位素定年法的 5 萬年極限。

近期發表的一篇論文,報告了研究團隊 4 年來努力的成果 [3]。由於納萊迪人躺在地洞裡面,因此他們躺著的地層,必定要比人進洞的年代更早形成;採取 US-ESR 定年(combined U-series and electron spin resonance dating)這個方法,估計的結果是 23.6 萬年前,可見納萊迪人生存的年代,距今至少有 23.6 萬年。

定年時只採用單一方法或許會有偏差。研究團隊還從 3 顆牙齒上取得樣本,使用鈾釷定年法(uranium-thorium dating)估計年代;此一方法之前曾用在胡瑟裂谷遺址,順利得知那批型態上接近尼安德塔人,卻又不完全像是尼安德塔人的化石,生活在 43 萬年前。而這回納萊迪人的鈾釷定年法結果是,距今 33.5 萬年。

綜合不同定年方法的估計值,論文作出結論,納萊迪人進入迪納萊迪地洞的年代介於 23.6 到 33.5 萬年以前,遠比多數古人類學家的猜測,更加晚近許多。

更多更多的納萊迪人

得知納萊迪人的年代以外,同時發表的另一篇論文,則報告了更多的化石 [4]。同屬升星岩洞系統,另一個更難抵達的「勒塞迪地洞(Lesedi Chamber)」中,又找到 133 個樣本,至少屬於年紀 2 大 1 小的 3 位個體。

升星岩洞系統的黑底地圖,比較有氣氛。圖/國家地理雜誌〈Did This Mysterious Ape-Human Once Live Alongside Our Ancestors? 〉

通往勒塞迪地洞的路線,跟迪納萊迪地洞不同;一樣的是,第二處遺址一樣難以抵達,內部只有死人骨頭,沒有工具,沒有生火跡象,也沒有其他動物化石。這表示我們第一次認識納萊迪人時,其遺址的奇特狀態並非特例。

新一批化石樣本,補足了之前納萊迪人型態上未知的最後一部份。其中一位個體腦容量達 610 c.c.,終於超越了星巴克特大杯(Venti),是已知 18 位納萊迪人中最多的,使得目前已知的納萊迪人腦容量,約介於星巴克大杯(Grande)到特大杯,也就是 465 到 610 c.c. 之間。

如今納萊迪人已經累積到將近 1700 件死人骨頭,分屬 18 個人,全身上下每一部位都至少有一件樣本,有大人、也有小人。在已知的滅絕人種中,這般完整性僅次於尼安德塔人,排名第二。

知之為知之,不知為不知,是知也

這麼多化石,能告訴我們什麼訊息?且慢,也許非洲其他地方早已出土過納萊迪人,只是化石不夠完整,沒被注意到?一起發表的第三篇,探討納萊迪人意義的長篇評論論文,特地檢查了這個可能性,確認在已知的非洲 hominin 化石中,真的沒有納萊迪人 [5]。因此可以判斷,納萊迪人是在南非一種獨一無二的存在。

非洲各地,曾出土距今 10 到 100 多萬年前 hominin 化石的遺址。圖/ ref 5

先整理已知的訊息。納萊迪人生活在南非,距今 23.6 到 33.5 萬年前;外形兼具 300 多萬年前南猿的古早特徵,也有後來 Homo 的衍生型態,腦容量介於 465 到 610 cc;找到化石的地點,分別位於 2 個地下深處的地洞,旁邊沒有任何工具、用火跡象,也幾乎沒有其他動物化石,他們就這樣一直躺在那裡,與世隔絕至今。

化石的完整性,是值得重視的問題。絕大部分出土的古人類個體,都相當殘缺,只保留幾塊骨頭,如納萊迪人這般完整的相當稀少。可以設想,假如是在別的地方找到納萊迪人,而且是只發現某一部位,我們會作出什麼判斷?

假如只發現南猿般的骨盆,納萊迪人多半會被歸類為某種南猿;只知道 Homo 般的四肢,納萊迪人也許就成了直立人(Homo erectus)。在大部份時候,古人類學研究的材料都十分有限,納萊迪人給我們的啟示是,只憑極為有限的材料,千萬別驟下過於武斷的結論!

智人祖先的鄰居

年代,是認識古人類的關鍵,然而許多化石的年代其實沒那麼肯定。過往在判斷化石的年代時,常受到其型態影響,比方說,當學者見到與南猿類似的特徵時,很容易先入為主的推論,這件化石的年代有幾百萬年。然而納萊迪人化石配備古老型態,年代卻出乎意料接近現代,告訴我們若是只用型態估計年代,又受到先入為主的定見影響,相當容易誤判,作出錯誤推論。

「孩子,我爺爺告訴過我,在他小時候,曾經有很多長得很像我們的吱吱(?),搶他們的果果超有成就感,是一種轉大人的儀式,可惜最近他們都不見惹。」……以上情節,純屬虛構,如有雷同,純屬巧合。圖/ Margaret A. McIntyre – “The cave boy of the age of stone"[1], Public Domain, wikimedia commons

假如定年結果正確,納萊迪人生活在距今頂多 34 萬年,可能只有 20 多萬年前的南非。那是在人類演化史上,一段相當有意思的時空,因為我們所屬的智人,正是在 20 到 30 多萬年前的東非、南非一帶,孕育而成的物種(不過衍生為智人以前的那個物種,是叫海德堡人(Homo heidelbergensis)、羅德西亞人(Homo rhodesiensis)、還沒進擊的智人,並沒有共識,論文本身倒是沒有特別描述。

納萊迪人與智人的祖先,似乎曾共存於同一個時空,不過目前除了地底深處,還沒有在任何地方見過他們的蹤影,也無從知道他們和智人祖先間有沒有互動,甚至是情慾流動過。同樣的,南非在那段時間製造的石器,甚至是表現象徵行為的記錄,如今也無法排除不是納萊迪人的手筆;畢竟他們腦袋雖小,卻很可能有能力把同類拖進深深黑黑的洞洞裡,不可小覷。

天啊!東南亞海上的小島就算了,在智人於非洲大陸演化的核心階段,竟然一旁還有個以前我們完全不知道,會把人拖進地洞的小腦袋人種?

地位未定的家族新成員

儘管已經知道年代,也有了更多化石,納萊迪人跟其他 hominin 間的關係卻仍無法釐清,因為它兼具古早與衍生的型態特徵,好像置於人類演化樹上的大部份位置都不違和。有關納萊迪人在家族中的位置,論文提出 3 種假說。
納萊迪人與親戚分家年代的3個假說。圖/ref 5

一個可能是,等到智人與直立人分家以後,納萊迪人才與智人祖先分家(上圖 3);不過若要符合此一假說,納萊迪人大把南猿般的特徵,就要是先演化的像人,後來又再度變回類似南猿。(本文作者看法:機率似乎不大?)

另一可能是,等到直立人與其他 Homo 分家以後,納萊迪人再由某個直立人族群演化而成(上圖 2)。最後一個可能是,納萊迪人是在 200 萬年前左右,也就是巧人(Homo habilis)、魯道夫人(Homo rudolfensis、直立人分家的時候,與親戚們分家(上圖 1)。若要符合這 2 個假說,納萊迪人像人的衍生型特徵,就會是與 Homo 親戚們,各自獨立演化的結果。

根據目前證據,3 個假說都有勝算。不過不管哪一個才正確,納萊迪人都保留著某些存在 200 多萬年之久的古早型態,一直生存到至少 30 多萬年前,跟佛洛勒斯人類似;而 2 種以前未知的非典型 Homo 成員,也翻轉了我們對人類演化史的認識。

納萊迪人跟其他 Homo 親戚的關係為何?他們有多聰明?他們跟智人祖先打過交道嗎?他們為什麼跑進洞裡?他們怎麼跑進洞裡?他們怎麼生活,又是怎麼死的……?

以上問題的答案,目前我們全都不知道,只能等待更多研究問世。此時此刻,各位有智慧的大猿們,不妨先盡情享受新知識吧。

參考資料:

  1. Berger, LR et al. (2015). Homo naledi, a new species of the genus Homo from the Dinaledi Chamber, South Africa. eLife
  2. Dirks, PHGM et al. (2015) Geological and taphonomic evidence for deliberate body disposal by the primitive hominin species Homo naledi from the Dinaledi Chamber, South Africa. eLife
  3. Dirks, P. H., Roberts, E. M., Hilbert-Wolf, H., Kramers, J. D., Hawks, J., Dosseto, A., … & Hellstrom, J. (2017). The age of Homo naledi and associated sediments in the Rising Star Cave, South Africa. eLife, 6, e24231.
  4. Hawks, J., Elliott, M., Schmid, P., Churchill, S. E., de Ruiter, D. J., Roberts, E. M., … & Feuerriegel, E. M. (2017). New fossil remains of Homo naledi from the Lesedi Chamber, South Africa. eLife, 6, e24232.
  5. Berger, L. R., Hawks, J., Dirks, P. H., Elliott, M., & Roberts, E. M. (2017). Homo naledi and Pleistocene hominin evolution in subequatorial Africa. eLife, 6, e24234.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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被水蛭咬了怎麼辦?——那些我們常常誤會水蛭的二三事

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昨天(2017/6/9)中國時報電子版上頭出現這麼一則「好天氣踏青去 小心牠把你吸牢牢」的新聞,內文提及了一些水蛭的習性,然後提醒讀者該怎麼防範。不過,雖然文章是善意的分享資訊,但裡頭充滿了好幾個常見的、似是而非對於水蛭(和螞蟥)的迷思,個人認為實在是有必要幫大家澄清釋疑一下,以免錯誤的資訊繼續流傳下去。

一開始,新聞提及水蛭『與蚊子一樣,需要吸血來繁殖後代』,這其實是一個不盡然正確的說法。全世界的蛭類目前大約700多種,其中有好大一部份是走捕食路線的,真正吸血而且會吸人血的水蛭螞蟥種類其實是少數。以台灣而言,目前有記錄的蛭類總共有21種,其中也只有七種會吸人血而已。

台灣水田中極為常見的光潤金線蛭,只吃螺類不吸血(賴亦德攝影)

接著,新聞的正題中,台大醫院新竹分院的醫師說明了一些水蛭吸血時的習性和處理方式,內容恰恰就是最常見的三個水蛭迷思。因此,在此就讓我們以Q&A的方式來好好回答。

Q1:水蛭吸血的時候會把口器刺進皮膚,所以要是硬拔就會有口器留在皮膚裡面?

A:在台灣的話沒有這種事。

在台灣,會吸人血的蛭類都是屬於無吻蛭的類群,牠們靠著口吸盤緊緊吸在宿主皮膚上,用嘴裡的顎在宿主皮膚上切出傷口以後吸血。牠們的吸盤只是緊貼在皮膚表面,嘴裡的顎也只有在切割的時後會推出來,並不會埋進宿主的皮肉裡。所以,硬拔也好、指甲貼膚推掉也好、或是用各種稀奇古怪的刺激物讓牠自己脫落都好,不管你用什麼方法把吸血中的蛭類弄下來,都不會有口器或吸盤留在皮膚裡面這種事情發生。

  • 醫蛭三個顎推出來切割宿主皮膚的景象,以及吸血過程的透視分析

  • 蛭類吸血時口吸盤的工作情形,注意一開始口吸盤中其實看不見顎,直到1:08之後顎才漸漸翻出來接觸到口吸盤吸附的表面,也是這時候顎才開始切割到宿主的皮膚。不過,這個影片後段的醫蛭進食縮時攝影並不應該繼續穿插顎在切割的片段,因為一旦蛭類切開宿主的皮膚並且吸到血液之後,顎就不會繼續切割,頂多只是偶爾再多切兩下而已。

不過,國外有些會吸人血的蛭類是屬於有吻蛭的類群,因此在吸血的時候的確會把口器——也就是吻部(proboscis)——插入宿主的皮肉裡。但即使如此,去除的方法也是穩穩的抓住身體前段,將口吸盤拉離皮膚表面,同時也把皮肉裡的吻部慢慢抽出來。由於吻部主要是肌肉組成的構造,因此也不那麼容易斷在宿主的皮肉裡。當然杞人憂天一點,相較於台灣吸血的無吻蛭種類,吸血的有吻蛭的確是有那麼一點口器留在皮膚裡面的可能,但充其量也只是「那麼一點可能」而已。

有吻蛭的吻部插入宿主皮膚裡吸血的示意圖。圖片來源

Q2:蛭類咬人吸血都不會痛,是因為會分泌麻醉物質嗎?

A:其實並不是。

「蛭類吸血時會分泌麻醉物質」是一個流傳多時的說法,但是到目前為止,科學家們並沒有發現蛭類吸血時的分泌物裡有任何麻醉成份的物質。

如果你曾經志願讓蛭類吸血,牠們切咬皮膚的過程是會痛的!不過,從蛭類口吸盤吸住皮膚,直到吸飽血放開掉落,會感覺到痛的時間非常短暫,只有在一開始蛭類努力切開皮膚的時候才可能有痛感,一旦皮膚切開血冒出來,蛭類開始吸血後幾乎就不會有任何感覺了。

  • 山蛭切開皮膚準備吸血,這時候的抽動是會痛的!

因此,若說水蛭螞蟥咬人吸血都不會痛的原因,或許是因為切割的痛感只發生在剛開始的短短幾個瞬間,再加上切割出來的傷口一般而言都不大所以痛感也不強。還有,當時若是正巧分心在其他事物上,例如登山健行的時候專注於路況,再加上衣物的摩擦和觸感,以及我們腿部皮膚的感覺較不敏銳,或許就有可能忽略掉被蛭類切咬的時候的痛感而不自覺。

同樣的,若是被水裡的蛭類吸血,較低的水溫對下肢皮膚的麻痺效果,加上水壓、水流造成的觸感可能蓋過了水蛭切咬的幾個瞬間痛感,的確有機會讓我們被水蛭咬了吸血了也毫無知覺,直到上岸看到腳上大快朵頤的水蛭或流血的傷口才大驚失色。

Q3:被蛭類吸血該怎麼處理?

A:這個答案有點長,所以在開始之前先說一句話–坊間流傳的方法幾乎都是錯的。

首先,要確定這隻黏在皮膚上的蛭類真的正在吸血。如果牠還動來動去,那麼就是還沒找到口吸盤要吸住吸血的好位子,所以直接把牠彈走就好。若是要用任何坊間流傳的密技讓牠自己脫落,例如撒鹽火燒煙頭燙檸檬水綠油精香茅油秋海棠汁碳酸飲料等等也都不是不行,反正對自己沒有壞處,即使我個人覺得沒必要。

不過,如果黏在皮膚上的蛭類已經兩個吸盤緊貼而且身形還明顯鼓脹,顯然已經在吸血了的話,那麼就一定要使用正確的方法把牠去除。正確去除蛭類的方法其實很簡單,只要用指甲緊貼著皮膚,依序推掉蛭類緊緊吸附著的兩個吸盤,蛭類通常就會脫離皮膚並且掉落,這樣就可以安全的去除吸血中的蛭類了。

至於坊間流傳的各種以刺激物讓蛭類自己脫落下來的方法,都會讓吸血中的蛭類因為強烈的刺激而收縮身體,將消化道裡面的血液反吐回傷口中。由於吸血蛭類的消化道中帶有共生菌(主要是產氣單胞桿菌,Aeromonas spp),這些細菌也會跟著被反吐回傷口中,因此容易造成傷口感染、發炎、皮下膿瘍、蜂窩性組織炎甚至敗血症。所以,這些方法或許可以滿足報復的快感,但其實是大幅增加自己的健康風險,反而得不償失。

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為何白馬為何不怕馬蠅、蜻蜓喜歡黑色墓碑?——2016搞笑諾貝爾物理獎

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文/董勁吾|業餘科普寫作者,個人部落格《吳京的量子咖啡館

「馬者,所以命形也。白者,所以命色也。命色者,非命形也,故曰白馬非馬。」

先秦諸子百家中,公孫龍憑一席「白馬非馬」的言論,英姿颯爽地為名家豎起飄揚千年的旗幟。不論公孫先生二千多年前在鬼扯些什麼,現代生命科學的觀點也指出白馬的與眾不同。他們……與眾不同的脆弱!

白馬對日照十分敏感,易有皮膚方面的病變,且視力不好;再者,一身雪白的皮毛也讓他們成為草原上目光匯集的焦點,可惜,是狩獵者的目光。有這麼些致命缺點,為了後代馬子馬孫著想,白馬早該被自然淘汰了。然所謂禍兮福所倚,也因白馬的雪亮,自古被人們視為高貴的象徵而特別豢養,終而保住一絲血脈。除此之外,近年歐陸的生物物理及動物學學者們還發現了白馬的另一個特點,讓白馬在殘酷的天擇環境中,稍稍扳回一城。

在演化上,白馬相較其它顏色的馬來的弱勢,所幸自古已來被視為尊貴的象徵才能持續繁衍至今。圖/Frank @Flickr

2008 年 7 月一個風和日麗的夏日正午,在匈牙利的一座鄉間小鎮,一匹棕馬和一匹白馬悠然自得地徘徊於翠綠的田野間,渾然不知自己正被一群虎視眈眈的科學家觀察及記錄中。科學家們發現馬匹在陽光普照的草地上吃草時,易被馬蠅(Tabanid)叮咬襲擾,煩不勝煩時,馬匹就跑進少有馬蠅的林蔭裡。在日正當中的二小時內,他們對二匹馬各拍攝了七十張的照片,再細數馬匹身上的馬蠅。最終在棕馬身上數到的馬蠅數量竟然是白馬身上的 3.7 倍(405 隻 v.s  110 隻);此外,觀察區間內,白馬有 55% 的時間在陽光下吃草,相較棕馬只有 31.6% 的時間在草地上,更多時間棕馬則選擇躲在林蔭裡。

科學家們推論,白馬比較不易被馬蠅叮咬,因此對透過馬蠅傳染的疾病感染率較低,如此也讓白馬能更專心地吃草而長得頭好壯壯,此堪稱是白馬演化上的優勢。此研究也讓這些科學家獲得了「2016 年第 26 屆第一次搞笑諾貝爾的物理學獎」。

(得意 ( ՞ਊ՞) )圖/Juan Manuel Fluxà @ Flickr

等、一、下!這可是讓多少物理學家魂牽夢引的搞笑諾貝爾物理學獎吶!怎麼可以讓這群人數數馬蠅就騙去呢?要頒也頒個生物學獎就好了嘛!好吧,其實「白馬不怕馬蠅叮」,背後的原理很物理。

自然光打到水面上時,若入射角剛好滿足「布魯斯特角(Brewster’s angle)」時[註],會產生水平偏振的反射光。有些昆蟲的眼睛,特別是伴水而生的昆蟲,對水平偏振光特別敏銳,如此可助牠們順利找到水窪產卵;會吸血的蟲子有這種眼力,也更容易找到食物,因為水窪會吸引各式動物前來喝水,許多馬蠅就具備偵測水平偏振光的眼力。

然而,會反射水平偏振光的,遠不只水面。棕馬或黑馬油亮的皮毛在太陽下也會反射出水平偏振的光,因此成為馬蠅雷達鎖定的目標。白色的皮毛會反射多數的自然光,當中水平偏振的成份不會特別突出,馬蠅因此對白馬視若無睹。

透過偵測水平偏振的眼睛看世界,只讓馬蠅少享受白馬之血的滋味(有比棕馬的血更好喝嗎?),但對某些蜻蜓而言,誤會就大了。科學家們發現,有些蜻蜓會被黑色的墓碑吸引,做出「點水」的動作。蜻蜓點水是在產卵吶!唉,這些來不及成長的蜻蜓小生命,一分鐘內體現「從搖籃到墳墓」的真諦。

從這個研究,我們也知道童話中的王子為什麼堅持選擇騎白馬登場了。迎接公主時如果有一堆馬蠅圍繞,可不是什麼羅曼蒂克的事啊!

圖/GIPHY


註-關於布魯斯特角:

  • 在自由空間中,光波的電場、磁場及波的振動方向是相互垂直而形成一平面,此平面又與光束前行方向垂直。一道自然光束的電場會在此平面上振動,其振動方向會朝四面八方分散地。當自然光線行經到兩個不同折射率物質的介面時,電場振動方向平行於入射面的光較易穿透成折射光,沒有穿透的光則成反射光,故反射光和折射光都是部分偏振光。當反射光與折射光線互相垂直時,反射光束會呈現偏振光,此時光束的入射角稱為「布魯斯特角」。

參考資料:

  1. Horváth, Gábor, et al. “An unexpected advantage of whiteness in horses: the most horsefly-proof horse has a depolarizing white coat." Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences 277.1688 (2010): 1643-1650.
  2. Horváth, Gábor, et al. “Ecological traps for dragonflies in a cemetery: the attraction of Sympetrum species (Odonata: Libellulidae) by horizontally polarizing black gravestones." Freshwater Biology 52.9 (2007): 1700-1709.
  3. “Ig Nobels 2016: The Comical Science That Makes You Think” APS News November 2016 (Volume 25, Number 10).

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改寫智人物種起源:時間從30萬年前起、地點涵蓋整個非洲

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世上曾經有許許多多種人類存在,如今只剩下我們智人(Homo sapiens)一種。全人類的祖先誕生於何時、何地?最近幾年普遍被接受的說法是:20 萬年前、東非,來自衣索比亞 2 處的化石:Omo Kibish 的頭骨碎片,距今 19.5 萬年;出土於 Herto,比較完整的頭骨,距今 16 萬年。他們比起其他古人類化石,型態上更接近後來的智人,被視為是智人於 15 到 20 萬年前,東非誕生的主要證據 [1]。

然而,新近發表的 2 篇論文報告 [2][3],找到了年代更古老的智人,不但距今有 30 萬年之久,而且位於摩洛哥……咦!不在東非,在北非?

非洲各地,曾出土距今 10 到 100 多萬年前 hominin 化石的遺址,相當明顯,絕大部分集中在東非與南非。圖/取自 ref 11

與尼安德塔人分家以後

在討論「北非」「智人」以前,先回顧一下人類演化史。演化是漫長的過程,具體上,不可能有父母是海德堡人(Homo heidelbergensis),子女突然變成尼安德塔人的狀況,古人類學家只能根據各種證據,判斷出大略的年代,比方說之前認為的,智人大約 20 萬年前於東非出現。

另一方面,近幾年古代 DNA 研究的進展,也提供了幾個關鍵年代,像是尼安德塔人與丹尼索瓦人,彼此間的親緣關係要比智人更近,他們和智人分家的年代,至少有 40 多萬年,或許還超過 70 萬年  [4]。先不管比較神秘的丹尼索瓦人,至少我們知道,在分家以後,尼安德塔人於歐洲演化,智人則是在非洲發展。

尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人,與胡瑟裂谷人四者,細胞核  DNA  間的親關係,與估計的分化年代。圖/改編自 ref 6

距今 43 萬年的胡瑟裂谷(Sima de los Huesos)化石,對了解尼安德塔人的演化至關重要。型態上,他們與後來的尼安德塔人有許多相似之處,特別是顏面部分;但臉以外的部位,卻同時配備一些更古早人種的特徵  [5]。由他們細胞核 DNA 建立的親戚關係,則能與尼安德塔人歸類為同一群  [6]。綜合已知證據,胡瑟裂谷人可以視為通往尼安德塔人支系(Neanderthal clade),處於初期,還沒那麼典型的階段。

成為智人以前

尼安德塔人與智人一定有個共同祖先,有人認為是海德堡人,卻也有人不同意。不過結合型態與 DNA 資訊,想必各位讀者已經注意到一段有趣的時間差:至少在 40 多萬年前,智人與尼安德塔人分家,卻要等到20萬年前,智人才正式出現。考量到人類必需一代傳一代,無法像美國隊長一樣冷凍保存,這段時間差就意謂我們的直系祖先,與尼安德塔人分家以後曾經有段期間,型態上仍尚未完全演變為智人。

非洲出土過不少距今 20 到 50 多萬年的古人類化石,我們的祖先應該就在其中;只是多數化石記錄都很殘缺,而且外形多變,無法歸類為同一物種,彼此間的關係也曖昧不明  [7][8]。

儘管能較為明確判斷型態上屬於智人的化石,始於 20 萬年前的東非,但學者其實曾在非洲多處遺址發現過,一些型態上已經具備某些智人特徵,年代早於 20 萬年的化石;例如南非 26 萬年前的 Florisbad 古人類遺骸,有學者將其歸類為海德堡人或羅德西亞人(Homo rhodesiensis),也有人覺得他算是初期型號的智人。

不過,已知的化石中,還沒有比這回新報告,30 萬年前的摩洛哥 Jebel Irhoud 遺址,能提供更為明確的訊息。

北非的老遺址,有新發現!

早在 1960年代,摩洛哥的 Jebel Irhoud 遺址就出土過一批人類與動物的化石,以及莫斯特(Mousterian)石器。歐洲的莫斯特石器,絕大部分是尼安德塔人的手筆,相較發明於170多萬年前的阿舍利(Acheulian),莫斯特更為進步。一開始,Jebel Irhoud 的化石被辨識為 4 萬年前非洲的尼安德塔人-那是「尼安德塔人是智人祖先」論點流行的年代。當然,後來這些說法都被推翻了。

位於摩洛哥的 Jebel Irhoud 遺址外觀。圖/取自 Nature 新聞〈Oldest Homo sapiens fossil claim rewrites our species’ history

遺址在本世紀新的定年結果,距今 16 萬年左右;不過那時學界已經知道,20 萬年前的東非就有智人,因此 16 萬年前歸屬不明的北非死人骨頭,自然無法引發太大重視。看似合理的推論是,他們應該是某種繼續生存於北非,後來滅絕的古早人類,和智人多半沒什麼直接關係 [9]。

2004 年起,古人類學家 Jean Jacques Hublin 又率隊繼續深入挖掘,取得了更多化石與地質樣品,也獲得更可靠的定年結果。新的型態分析與定年,都推翻了之前的認知,讓此處一躍成為人類演化史上,最重要的遺址之一。

通往智人道路上的最早成員

Jebel Irhoud 遺址中有不少石器曾被加熱過,熱釋光定年法(thermoluminescence dating,簡稱 OSL)可以得知樣本受熱時的年代,所以是此地適合的定年方式。結果出乎意料,這批石器曾經熾熱的年代,竟然是 30 萬年前左右;另外用 US-ESR 定年法(combined U-series and electron spin resonance dating),直接估計化石本身是 28 萬多年。2 種方法皆證實,遺址中人生存的時期,比本來以為的更早非常多。

Jebel Irhoud 遺址中,與人類化石一同出土的燧石製石器。圖/取自 ref 3

是什麼人,生活在 30 萬年前?至今共有 5 位個體,包括 3 位大人,1 位青少年,1 位小孩的化石被尋獲,其中有一個完整的成人頭骨。跟其他化石比較後,令人驚訝的是,這群 30 萬年前北非人的顏面特徵,幾乎跟其他化石智人以及我們沒有區別,意思是只看臉的話,他們和我們是同一種人;我們是智人,照這樣說,他們也能算是智人。

然而 Jebel Irhoud 化石的外觀,跟我們仍有些差異,例如頭殼,就比我們更狹長一些。頭殼是裝腦袋的,頭殼形狀不同,意謂裡面的腦袋結構也很可能不一樣;這表示當今智人的臉,至少在 30 萬年前已經成形;大腦則要等到更晚,根據化石記錄,大概是 10 多萬年前的事。

左邊是 Jebel Irhoud 出土,30 萬年前的頭骨化石;右邊是現代智人的頭骨。現代的智人比起 30 萬年前,腦殼更短、更圓。圖/取自 Nature 新聞〈Oldest Homo sapiens fossil claim rewrites our species’ history

此次發現證實,智人的型態中,臉是率先形成的特徵,比大腦更早。Jebel Irhoud 化石能否稱作智人,仍有一些爭議,不過能確定即使他們沒有我們的大腦,長相也已經是智人模智人樣。因此,在介於 20 到 50 萬年前,眾多曖昧的非洲化石中,Jebel Irhoud 人可以確定是通往智人支系(H. sapiens clade),只是處於初期,還沒那麼典型的階段。

非常有趣的是,非洲的智人,與歐洲的尼安德塔人,兩者都是首先演化出臉,再來才是其他部位。這在演化上有何意義?個人猜測,臉也許與求偶選擇有關,假如大家都優先選擇長得像自己的對象交流情慾,那麼生殖隔離就會造成族群分化,強烈影響物種生成。不過以上純屬猜測,真實原因目前仍不清楚,仍需更多證據。

古人類演化學家 Chris Stringer 觀點:在智人祖先與尼安德塔人分家以後,尼安德塔人那邊,43 萬年前的胡瑟裂谷人,可以代表其初期的型態;智人這邊,則是可由 30 萬年前的 Jebel Irhoud 化石,觀察到此分支演化的初期階段,此時期的智人在型態上,尚未完全轉變為數萬年前,與我們長得完全一樣的智人。圖/取自 <New Moroccan Evidence for the Early Evolution of Homo sapiens

在綠色撒哈拉狩獵羚羊,火烤斑馬,被獅子追

最早期的智人怎麼生活?遺址有火燒的跡象,表示他們已知用火,這也是熱釋光定年法能奏效的原因。動物相化石顯示,他們吃掉過很多羚羊,其他還有牛羚(wildebeests)、狷羚(hartebeests)、斑馬等多種大型動物,而且骨髓也不放過;比較小的兔子、陸龜、鴕鳥蛋、淡水軟體動物等等比例較低,不過也不缺,看來他們似乎是不錯的獵人與採集者。

優秀的智人獵人,配備屬於非洲 Middle Stone Age(簡稱 MSA)風格的石器  [10]。本來認為 MSA 始於 20 多萬年前,不過由於 Jebel Irhoud 距今 30 萬年,論文因此建議應該將其開端定為 30 萬年前。東非、南非多處遺址中,都出土過距今 20 多萬年的 MSA 石器,但目前無法確定,這些科技是先在一地發明,再傳往別處,或是多地獨立起源。

幾件屬於 Middle Stone Age 風格的人造物。左邊 3 件錐狀器(awl、perforator),來自南非的 Blombos Cave,距今數萬年前,屬於比較晚期才誕生的 MSA 人造物。最右邊的尖器(projectile point),出土於衣索比亞的 Omo Kibish ,算是比較早出現的 MSA 工具。圖/取自 ref 10

北非與東非、南非之間隔著撒哈拉,這塊跟美國差不多大的地區,由於降雨量的週期性變化,有時是缺水的沙漠,有時卻是水草豐美的綠地。總是較為濕潤的撒哈拉以南,一直養育著牛羚、羚羊、斑馬、長頸鹿、獅子、鬣狗等動物;南非與東非的大型動物,在北方宜居時會向北擴張,等到乾旱,又會退縮回撒哈拉以南。

整個泛非洲地區,都是智人演化大舞台

這是為什麼北非獵人有羚羊可以獵捕,也是獵人之所以住在北非的理由。根據地質記錄,撒哈拉大約 33 萬年前一度綠化過,Jebel Irhoud 的居民,或許就是在那個時期與動物們一起抵達北非。然而,他們後來的命運,與別處 hominin 間的關係,仍混沌不清。

例如前面提過,南非 26 萬年前的 Florisbad 人,他跟 30 萬年前的 Jebel Irhoud 人位於非洲一北一南,卻型態類似。這是兩地獨自演化的結果,或是可追溯到共同祖先,甚至是牽涉到情慾流動呢?

幾處非洲化石的年代與物種歸類。圖/取自 Science 新聞〈World’s oldest Homo sapiens fossils found in Morocco

儘管已知最早的智人臉在摩洛哥出土,論文倒是相當謹慎的指出,根據至今的微薄線索,不足以證實智人是在北非起源。論文主張的論點是,在非洲多處都能見到有智人特色的化石,以及 MSA 風格的人造物,意謂在智人衍生而成的那段時期,範圍並非僅限於東非、南非,或北非,相對較小的某一地點,而是擴及整個泛非洲地區。

最後,只剩下我們

現在我們知道,至少在 30 萬年前,智人的臉已經誕生,其他型態則是後來補上;他們已知用火,配備 MSA 系列工具,是很好的獵人與採集者。初期智人的活動範圍,也許已經有整個非洲那麼大,整個非洲,都是孕育智人的大舞台!

臉,是最早的智人就已配備的特徵。圖/取自 藍色電影夢

即使孕育出智人的舞台真是一整個非洲,不能無視的是,在我們祖先衍生而成的同時,舞台上仍然住著許多親戚,當然,然後他們就死掉了。除了某些海德堡人(或羅德西亞人)族群外,還有生活在南非,最近確認距今 20 到 30 多萬年前的納萊迪人(Homo naledi)[11]。他們與初期的智人間有無交流,怎麼交流,都是有待探討的問題。

更多化石,更多古代 DNA,更多古代氣候、地質調查,都能讓我們更加認識祖先與親戚演化的歷史。智人發掘未知、探究過去的好奇心,也許是為什麼,所有親戚全都滅亡了,唯獨我們能獨存至今的一個理由。

參考文獻

  1. Palaeoanthropology: On the origin of our species
  2. Hublin, J. J., Ben-Ncer, A., Bailey, S. E., Freidline, S. E., Neubauer, S., Skinner, M. M., … & Gunz, P. (2017). New fossils from Jebel Irhoud (Morocco) and the Pan-African origin of Homo sapiens. Nature.
  3. Richter et al., (2017). The age of the hominin fossils from Jebel Irhoud, Morocco, and the origins of the Middle Stone Age. Nature.
  4. Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., … & Li, H. (2014). The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature, 505(7481), 43-49.
  5. Arsuaga, J. L., Martínez, I., Arnold, L. J., Aranburu, A., Gracia-Téllez, A., Sharp, W. D., … & Carbonell, E. (2014). Neandertal roots: Cranial and chronological evidence from Sima de los Huesos. Science, 344(6190), 1358-1363.
  6. Meyer, M., Arsuaga, J. L., de Filippo, C., Nagel, S., Aximu-Petri, A., Nickel, B., … & Viola, B. (2016). Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins. Nature, 531(7595), 504-507.
  7. Rightmire, G. P. (2009). Middle and later Pleistocene hominins in Africa and Southwest Asia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(38), 16046-16050.
  8. Stringer, C. (2016). The origin and evolution of Homo sapiens. Phil. Trans. R. Soc. B, 371(1698), 20150237.
  9. Was North Africa the Launch Pad for Modern Human Migrations?
  10. Middle Stone Age Tools
  11. Berger, L. R., Hawks, J., Dirks, P. H., Elliott, M., & Roberts, E. M. (2017). Homo naledi and Pleistocene hominin evolution in subequatorial Africa. eLife, 6, e24234.

延伸閱讀:

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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