網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策
test-2021_Pansci_All_Top

0

0
0

文字

分享

0
0
0

水、蟲、鳥與地龍,讓你瞠目結舌的 4 種呼吸流派!

活躍星系核
・2020/10/30 ・2729字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/陳敦理

為了適應不同的環境,各種動物發展出五花八門的呼吸構造。你能想像嗎?竟然會有生物利用身體的「皮膚」來呼吸,有的還會用屁股呼吸!

讓我們來一探究竟吧!

「水之呼吸」的動物界傳人:海參用屁股呼吸?

海參生活在海水中,雖然水底可以保持動物呼吸構造潮溼,但是溶解在水中的氧本來就比較少,一旦溫度、鹽分升高時,水中的溶氧又會更少,因此,水中動物的呼吸構造需要具備又強大、又有效的獲氧能力。

test-2021_Pansci_All_inread_p4

海參的呼吸構造是一對呼吸樹,只是不巧這呼吸樹的開口在肛門附近,一個作為腸道、尿道及生殖道的出口。

海參的排便非常有名又療癒,但你知道嗎?牠的「鼻孔」也在差不多的地方喔!影片/國家地理雜誌 National Geographic Magazine

每當海參身體規律收縮、舒張的時候,海水就會由肛門流入呼吸樹,沿著主幹流到分支,最後在細分支末端的小囊中,體液與海水中的氧、二氧化碳進行交換 。

最佳保養品代言人 4 ni?蚯蚓的「皮膚」會呼吸

在傾盆大雨過後,公園、草地時常會出現積水,我們可以看到不少蚯蚓為了呼吸,從地表鑽出來,這些細長又濕黏的蚯蚓們,並沒有特化的呼吸器官,牠們運用全身的表皮來獲得氧氣。

雖然空氣中有 21% 是氧,蚯蚓卻沒有辦法直接使用,需要讓空氣中的氧溶解在水中,才能讓蚯蚓從中獲得氧分子。

test-2021_Pansci_All_inread_p8

因此,蚯蚓總是想盡辦法把自己的身體弄得溼答答,除了表皮的黏液腺會產生黏液、背上的小孔會滲出體液,腎孔也會分泌排泄物,不浪費自己身上的一丁點液體,費盡功夫讓自己的表皮保持潮溼。

蚯蚓用皮膚呼吸,總是想辦法把全身弄得溼答答。圖/flickr

當空氣中的氧溶解在潮溼表皮後,接著就會滲透到皮下的微血管,透過血紅素運送到身體細胞,再加上蚯蚓血紅素與氧的結合能力非常高,彷彿就像是讓氧分子搭上血紅素的便車,然後被運送到蚯蚓體內的各個組織。

而蚯蚓體內的二氧化碳,則是相反方向的流程,最後由表皮排出,完成氣體交換。

那為什麼用皮膚呼吸的動物並不多呢?因為多數動物透過身體表面積所能獲得的氧實在不夠全身細胞使用,於是發展出透過特別的器官像鰓、肺等,專門負責氣體交換。

test-2021_Pansci_All_inread_p12

練就「蟲之呼吸」的奧義:你必須要夠小隻!

你是否曾經納悶過,為什麼昆蟲總是小小的嗎?目前已知的昆蟲中,如南美洲的泰坦大天牛 (Titanus giganteus) 是目前最大的幾種甲蟲之一,體長大約十七公分左右,就幾乎到達了昆蟲體積的極限。

雖然昆蟲擁有心臟,但血液幾乎都是流動在身體各處,讓組織細胞直接浸泡在血液裡,倘若昆蟲體積過大,由於沒有血管,就無法運送強而有力的血液到整個身體。

此外,呼吸構造也是限制昆蟲體型大小的原因。

許多昆蟲像是蚱蜢、螽斯,都是用氣管系統來呼吸,當牠們在呼吸時,空氣會從身體表面的小孔進入,然後沿著體內長條、隨著分支愈來愈細的氣管,漸漸延伸到身體細胞。

藍色部分為昆蟲的呼吸系統。圖/Wikipedia common

在靠近細胞的小氣管內部充滿了液體,可以讓氧氣、二氧化碳進行氣體交換。對氧需求量大的器官附近,還會有氣囊,讓氧的補充更加迅速。

科學家用放射線仔細觀察昆蟲體內構造後發現,比起只有 0.25 公分的甲蟲,體型大小 3.5 公分甲蟲體內氣管系統所佔的身體比例多出 20% 。

也就是說,當昆蟲的尺寸愈大,對於氧的需求也大幅增加,氣管也需要變得更粗、更長。只不過昆蟲體型太大會讓氣管無法裝進腳與身體的連接口,而且氣管系統的氣體運輸效率較低,所以才會限制了昆蟲的體積大小。

好多好多的氣囊,「鳥之呼吸」帶你飛

鳥類的呼吸構造除了肺之外,還有另一個祕密武器——氣囊。

鳥類擁有不只一個氣囊,氣囊彼此合作無間,讓鳥類不管在吸氣還是呼氣的時候,空氣都是朝著同一個方向通過肺,是提升鳥類呼吸效率的一大功臣。

不僅如此,它也可以降低鳥類的身體密度,有利於飛行,甚至能夠讓鳥類肺部氧的最大濃度比哺乳動物還高,更能夠適應在高空飛行。 

鳥類的氣囊不只能提升呼吸效率,也能降低身體密度,幫助飛行。圖/Pexels

氣囊的位置分佈從頸部、腹部到翅膀都有,數目很多有,有八到九個。

當鳥類吸氣時,前方後方氣囊會同時擴張,原本在肺的汙濁空氣擠進前方氣囊,而吸進來的新鮮空氣則進到後方氣囊。等到呼氣時,兩邊的氣囊同時排氣,把後方氣囊新鮮的空氣擠進肺,而前方氣囊的汙濁空氣擠進氣管接著排出體外。

總結

在這個豐富多樣的大自然中,為了適應各式各樣的生存條件,地球生物所發展出的各種身體構造,絕對讓你目不暇給。

比較簡單的生物,像是海綿,身體每個細胞都可以透過擴散的方式進行氣體交換,而其他更複雜的生物,可能就需要特殊的呼吸構造以及循環系統的全力支援,才有辦法完成這艱鉅的任務。

海綿寶寶的朋友珊迪是一隻松鼠,牠需要特殊的呼吸構造、循環系統才能夠完成氣體交換喔!圖/giphy

對人類而言,可能難以想像自己專門用屁股來呼吸,然而,說不定當海參能夠懂得人類是用鼻子來吸入空氣時,也會覺得:「矮哦!人類怎麼那麼噁心!」。

透過這 4 種神奇的呼吸方式,似乎就能讓我們一窺地球生態的迷人與驚奇,讓我們一起在驚呼連連之中,持續探索這個精采又豐富的世界,並且嘗試反思和尋找人類存在的意義與價值吧!

參考資料

  1. Neil A. Campbell, Jane B. Reece. Campbell Biology. Benjamin Cummings.
  2. 蚯蚓的呼吸系統。國立台灣大學動物學研究所無脊椎動物研究室。
  3. 國立自然科學博物館:海參如何呼吸?
  4. 國家地理雜誌:限制昆蟲體形大小的秘密:氧氣。
  5. 地龍:中藥材名稱,也就是我們熟知的蚯蚓。
文章難易度
Ad manager Post Bottom code
[集雅]廣告測試
活躍星系核
818 篇文章 ・ 1 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia
2021_Pansci_PC_sidebar_Top

0

0
0

文字

分享

0
0
0
只要有趣研究什麼都可以?!震動蚯蚓晃出「法拉第波」——2020搞笑諾貝爾物理獎
WEI
・2020/10/01 ・2068字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 454 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

不知道還有沒有人看過「頭文字 D 」?

拓海開 AE86 送豆腐時,老爸文太會把一杯水放在車上,如果這時文太不是要求拓海不灑出來,而是說:「仔細觀察這杯水。」那拓海很有可能就會看到「法拉第波」,前提是拓海能一邊盯著水杯,一邊過髮夾彎。

1831 年,法拉第發現圓柱容器中的液體,在特定頻率的垂直振動下會形成穩定駐波,這些駐波在液面上,會形成一些有趣的圖案,這些圖案我們稱為「法拉第波」。

https://youtu.be/ceXDasaumAQ
以揚聲器製造的法拉地波紋。影片/Youtube。

這些圖案不只有趣,也可以做為「液基微小物體的收集器」(Wikipedia),簡單來說,可以透過法拉第波,來理解在生物膜上的細菌分布。

不過,法拉第波並不容易控制,除了頻率以外,其他像是震幅大小、溫度、上方氣體的大氣壓力、液體密度、容器材質…等,都會對法拉第波的產生造成巨大的影響。因此有許多法拉第波的研究,都在尋找能準確描述法拉第波的方法 。

test-2021_Pansci_All_inread_p4

但上述的研究方向,都不是這篇搞笑諾貝爾獎的重點,畢竟這是搞笑諾貝爾獎嘛。(笑)

為什麼要震動蚯蚓?

我相信做這實驗的研究者當初也不知道為什麼要這麼做。(個人猜測)

研究者發現蚯蚓受到特定頻率的上下晃動時,身體會出現一種類似法拉第波的駐波。這時他們冒出的第一個問題是:「這有可能嗎?」

研究者搜尋了蚯蚓的身體資料,發現蚯蚓是由柔軟的「靜水骨骼」包覆內部體液所組成,結構類似水球,因此研究者認為,像水球的蚯蚓,有可能會因為裡面的水受到震動,而在表面產生類似法拉第波的駐波。

test-2021_Pansci_All_inread_p8

為了研究,研究者又找了一些資料來催眠自己繼續震動蚯蚓。在文獻探討中,研究者提出以蚯蚓作為研究材料的三個優點:

  • 第一,蚯蚓非常便宜,我們買得起很多蚯蚓來震動。(咦??)
  • 第二,蚯蚓就算死了,也比較不會被倫理委員會或動保人士找麻煩。(咦!!!)
  • 第三,蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘。(恩?這是什麼?)

接著,研究者開始說起法拉第波的理論推導與重要性。其中,研究者引用數篇關於法拉第波會讓水滴變成奇怪形狀的論文,並期待蚯蚓會在法拉第波的作用下,變成奇怪的形狀。

綜合上述,我推測研究者想震動蚯蚓的慾望,已經超越了正常人對食慾、性慾的需求,可能連在夢中,都想著讓蚯蚓變成自己想要的形狀。

實驗到底是期待看到什麼?

實驗就是一直震動蚯蚓嗎?是的沒有錯!

test-2021_Pansci_All_inread_p12

實驗就是不斷的去震動蚯蚓,看蚯蚓在什麼情況下,會變成類似法拉第波的形狀。實驗裝置也非常簡單,如下圖:

研究論文中,解析一隻受到震動而出現法拉第波震動的蚯蚓。圖/ResearchGate

紅光雷射(laser diode)打在被麻醉的蚯蚓(earthworm)上反射回接收器(photodetector),藉由反射光強度的不同,來分析蚯蚓的震動頻率。麻醉的蚯蚓下方則有一台震動器(Vibration),提供穩定的上下震動,這些上下震動的頻率是由一台訊號產生器(Signal generator)所產生,並藉由電路中的放大器(amplifer)調節震幅大小,蚯蚓震動的過程由上方的照相機記錄。

如果把蚯蚓換成人類的話,這個實驗相當於把人類麻醉之後,放到通了交流電的電椅上,給予不同頻率與電流大小的交流電,並透過持續照射 X 光照射來檢查人體內臟受損的程度,這段期間還有紀錄片攝影師同步拍攝人體通電的樣子。

看到這裡,也終於明白為什麼沒人在乎蚯蚓死活會是實驗優點了(抖)。

不求博大精深,研究也能輕鬆有趣!

除了蚯蚓形狀會受到法拉第波影響外,也發現蚯蚓體內形成的法拉第波,具有 20 – 300 Hz 頻率,與自然界中神經脈衝頻率相同,因此,這些法拉第波可能會干涉神經脈衝,放大或抑制神經傳導。

原來前面寫的「蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘」,是用在這裡啊,當我這麼想的時候,論文寫到:

「不過因為蠕蟲是麻醉的,因此沒有直接證據能說明這個想法是對的。」

除了用法拉第波讓蚯蚓變形外,研究者還真的沒有其他研究成果了呢!

其實,我十分崇敬研究者對蚯蚓波動的癡迷與勇氣,許多時候做研究,想到的都是未來的發展,但像這樣一篇只因興趣使然所做的研究,已經非常少見。

謝謝搞笑諾貝爾獎,不只帶來歡樂,也讓我們看到「只要你有興趣,什麼都可以拿來研究。」

參考文獻

  1. Wave-controlled bacterial attachment and formation of biofilms
  2. Determinants of Faraday Wave-Patterns in Water Samples Oscillated Vertically at a Range of Frequencies from 50-200 Hz
  3. 12 Patterns and Chaotic Dynamics in Faraday Surface Waves
  4. Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms
Ad manager Post Bottom code
[集雅]廣告測試

0

0
0

文字

分享

0
0
0
世上最早的「小農」在這裡!菌蠹蟲與真菌缺一不可的共生農業
活躍星系核
・2020/09/25 ・3244字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/黃尹則|佛羅里達大學博士,現任京都大學博士後研究員。喜歡從共生學的角度來看生物。貓奴。

大約一萬兩千年前,世界各地的人類不約而同地從狩獵、採集的生活型態轉型成遊牧、群聚的農業聚落。農業行為的出現,深深地影響了人類發展的腳步;人口的急遽增長、專業分工的產生(有更多時間去做找食物以外的事情),間接導致社會結構的出現,爾後組成大型聚落甚至是政府。

因此,發展出農業行為是人類演進過程中的重大事件。

但相較於其他生物,其實人類在這場「農業遊戲」中是很晚才加入的玩家。

約一億年前,一群住在樹皮以下、身形不到一公分的小甲蟲就已經開始種植他們的真菌作物。這類甲蟲稱為菌蠹蟲 (Ambrosia beetle),而其真菌作物稱為菌蠹蟲真菌 (Ambrosia fungus)。

test-2021_Pansci_All_inread_p4

菌蠹蟲和菌蠹蟲真菌之間是一種絕對 (obligate)、互利 (mutualistic) 的共生關係。真菌是菌蠹蟲的唯一食物來源,在沒有真菌的情況下,菌蠹蟲無法存活。而菌蠹蟲是這些真菌在環境中傳播的唯一交通工具,自然界中,菌蠹蟲真菌只存在於菌蠹蟲的棲息環境中。兩者相依相存、缺一不可。

農業行為是人類演進過程中的重大事件。圖/pixabay

絕大部分的菌蠹蟲棲息於新鮮剛死亡或是極度衰弱的的樹木,只有極少數的種類會攻擊健康的樹木(例如造成美國酪梨產業嚴重危害的幾種菌蠹蟲)。

樹木在衰弱時,它們會釋出酒精及其他化學物質,菌蠹蟲就是藉由這些揮發物質來選擇合適的樹木寄主。當先驅的菌蠹蟲飛到合適的樹木上,找到自己喜歡的位置後,便開始用其強壯的下顎 (mandible) 和全身的力量突破樹皮,深入到木質部挖掘出屬於自己的家。

菌蠹蟲的家因為長得很像「隧道」,英文便直接用 gallery 來描述菌蠹蟲的棲所。在挖掘隧道的同時,菌蠹蟲一邊產卵、一邊將共生真菌接種在隧道壁上,當卵孵化時,共生真菌已培養成豐盛的真菌花園 (fungal garden),以提供幼蟲生長發育時所需營養。

test-2021_Pansci_All_inread_p8

當幼蟲成長、化蛹、再蛻變成新一代的成蟲後,便攜帶其共生真菌,離開隧道去尋找下個合適的樹木寄主。單一世代的生活史大約只需要一到三個月的時間。

菌蠹蟲的隧道 (gallery),成蟲於母隧道,側邊的蛹室內為成長中的幼蟲,隧道壁上白色層為其共生的菌蠹蟲真菌。圖/Jiri Hulcr,佛羅里達大學

如同我們所熟悉的人類農業,菌蠹蟲與共生真菌的演化過程中也包含了「馴化」、「性狀管理」、和「病害控制」等複雜行為。

農業的起點:馴化事件

雖然至今仍無法窺探菌蠹蟲和共生真菌實際的馴化過程,科學家還是能透過基因親緣樹來推斷演化歷史上共發生過幾次「馴化事件」。現今已知的菌蠹蟲約 3400 種,而菌蠹蟲真菌則有 3000 餘種。

事實上,菌蠹蟲並非單一種昆蟲,他們泛指小蠹蟲亞科 (Scolytinae) 和長蠹蟲亞科 (Platypodinae) 內具有農業行為的多個類群。根據小蠹蟲的親緣樹推斷,其演化過程中至少有 12 至 16 次的演化支系 (lineage) 獨立演化 (indepedently evolved) 出農業行為。同樣的,菌蠹蟲真菌也不是單一種真菌,而是一群與菌蠹蟲形成共生關係的真菌。在真菌的親緣樹上,目前已知至少發生了 13 次的馴化事件。

test-2021_Pansci_All_inread_p12

看到這裡,聰明的你有發現農夫(菌蠹蟲)與作物(菌蠹蟲真菌)間演化次數的不同嗎?沒錯,菌蠹蟲與共生真菌並不完全是一對一的關係。

有些菌蠹蟲只攜帶一種真菌、有些則攜帶多種真菌;有些菌蠹蟲真菌只被一種菌蠹蟲豢養、有些則會出現在不同種的菌蠹蟲的隧道裡。但神奇的是,無論是一對一或者一對多的關係,這樣的共生關係在多數環境中是穩定的(維持一對一或一對多)。他們是如何做到的呢?這就要提到他們精緻的管理模式。

性狀管理

在長達一億年共同演化的過程中,菌蠹蟲和真菌為了彼此的共生關係,各自發展出了精巧的構造。菌蠹蟲為了有效攜帶共生真菌的孢子,在外骨骼上或是在體內「挖」出了一種特殊構造──儲菌器 (mycangium)──來確保每一世代的成蟲所攜帶的真菌都是同一種類,而非環境中其他種隨機的真菌。

科學家透過實驗證明,發現某些儲菌器具有「選擇」正確共生真菌的能力,而某些則具有比較大的彈性能容忍「相近但不同種」菌蠹蟲真菌入住的現象。

菌蠹蟲的儲菌器。圖/You Li,佛羅里達大學

而從真菌的角度來看,首先要先知道,作為傳播用途的真菌孢子體型一般不會太大;裡面所含的養分僅需足夠讓其發芽、長出菌絲,直到找到新的營養來源即可。部份菌蠹蟲真菌在數千萬年的演化過程中,被選擇出能產生不成比例的巨大孢子類型。這些巨大孢子有較多的空間來儲存醣類、脂肪、胺基酸等昆蟲成長所需的營養。

但目前在性狀管理的機制上,例如儲菌器如何維持專一性的共生關係(物理性或化學性?)、菌蠹蟲真菌的營養性狀是如何被選擇的,是目前科學家們尚未釐清的問題。

病害控制:社會性分工與世代交替

與人類的農業相似,菌蠹蟲與其真菌花園也受到許多潛在病害的威脅。這些「病原」可能來自於先驅菌蠹蟲體表上的伺機性微生物(例如非共生真菌、細菌、線蟲、蟎等),還有會獵食菌蠹蟲的天敵昆蟲等。

那菌蠹蟲如何去對抗這些威脅呢?前面有提到,人類因為農業行為的產生,進而發展出複雜的社會結構。同樣的,部份種類的菌蠹蟲也具有社會性特徵:有世代重疊的現象(族群內同時有不同階段的個體)、共同育幼的行為、分工制度。科學家發現,某些菌蠹蟲為了維持隧道內的清潔,幼蟲負責將排遺滾成球狀 (balling)、成蟲將隧道中的木屑、死亡的個體推至洞口 (shuffling)、最後由負責堵住洞口的成蟲將廢棄物排出。同時,這些負責堵在洞口的成蟲肩負了抵擋天敵入侵的責任。此外,當族群內大多數的成蟲離巢或死亡後,其真菌花園很快就被其他伺機性真菌及細菌所污染並且取代,進而導致整個隧道內族群的瓦解。

那菌蠹蟲如何去對抗這些威脅呢?前面有提到,人類因為農業行為的產生,進而發展出複雜的社會結構。同樣的,部份種類的菌蠹蟲也具有社會性特徵:有世代重疊的現象(族群內同時有不同階段的個體)、共同育幼的行為、分工制度。

科學家發現,某些菌蠹蟲為了維持隧道內的清潔,幼蟲負責將排遺滾成球狀 (balling)、成蟲將隧道中的木屑、死亡的個體推至洞口 (shuffling)、最後由負責堵住洞口的成蟲將廢棄物排出。同時,這些負責堵在洞口的成蟲肩負了抵擋天敵入侵的責任。此外,當族群內大多數的成蟲離巢或死亡後,其真菌花園很快就會被其他伺機性真菌及細菌所污染並且取代,進而導致整個隧道內族群的瓦解。

因此,即使菌蠹蟲單一世代的生活史很短(大多僅一至三個月),仍需要家族中所有成員的分工合作才能確保整個族群的延續。

了解菌蠹蟲與真菌共生特性的重要性在哪?

菌蠹蟲與菌蠹蟲真菌的共生關係,不管從生物學的角度或者是應用方面都有很高的研究價值。

生物學方面,由於演化過程中它們多次獨立演化出農業行為,透過比較這些獨立發生的事件,可以幫助我們釐清昆蟲與真菌共生關係是如何開始的。

應用方面,雖然攻擊健康樹木的菌蠹蟲種類很少,但幾乎都造成生態系等級的危害。例如前面提到危害美國酪梨產業的菌蠹蟲,其中一種就是從台灣被引進美國的入侵種。了解菌蠹蟲和共生真菌的生態,將有效幫助我們控制他們所造成的危害。

引用文獻

  1. Johnson AJ, McKenna DD, Jordal BH, Cognato AI, Smith SM, Lemmon AR, et al. Phylogenomics clarifies repeated evolutionary origins of inbreeding and fungus farming in bark beetles (Curculionidae, Scolytinae). Mol Phylogenet Evol 2018; 127: 229–238.
  2. Vanderpool D, Bracewell RR, McCutcheon JP. Know your farmer: Ancient origins and multiple independent domestications of ambrosia beetle fungal cultivars. Mol Ecol 2018; 27: 2077–2094.
  3. Hulcr J, Stelinski LL. The ambrosia symbiosis: From evolutionary ecology to practical management. Annu Rev Entomol 2017; 62: 285–303.
  4. Skelton J, Johnson AJ, Jusino MA, Bateman CC, Li Y, Hulcr J. A selective fungal transport organ (mycangium) maintains coarse phylogenetic congruence between fungus-farming ambrosia beetles and their symbionts. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 2019; 286: 20182127.
  5. Huang Y-T, Skelton J, Hulcr J. Lipids and small metabolites provisioned by ambrosia fungi to symbiotic beetles are phylogeny-dependent, not convergent. ISME J 2020; 14: 1089–1099.
Ad manager Post Bottom code
[集雅]廣告測試
活躍星系核
818 篇文章 ・ 1 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

0

0
0

文字

分享

0
0
0
那些不小心被科學家玩來玩去的動物們!搞笑諾貝爾獎動物特輯
YuZhu Woo
・2020/09/14 ・3073字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 470 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

口以不要玩窩們嗎 (๑•́ ₃ •̀๑)。圖 / Pexels

第 30 次第一屆搞笑諾貝爾獎 (Ig Nobel Prize) ,即將在臺灣時間 9 月 18 日上午登場!而這個年年有新梗、處處有新意的頒獎典禮,總是讓大家驚喜不已。俗話說:「認真的科學家最搞笑」(誤),回顧典禮過去 29 年的歷史,可以發現不少獲獎的研究都和動物有關,那些年不小心被科學家玩來玩去的動物,到底有哪些呢?就讓我們一起來看看吧!

袋熊能自產自銷布朗尼?!才不!是方形便便!

首先登場的動物好朋朋就是「袋熊」啦!這個圓呼呼、毛茸茸的動物,可是有拉出立方體便便(號稱布朗尼激似款)的技能哦!不過袋熊到底是怎麼做到的呢?方形便便對袋熊來說又有什麼特殊的意義?

袋熊
這是袋熊本人。圖 / JJ Harrison (jjharrison89@facebook.com) – Own work, CC BY-SA 3.0Link

為了找出布朗尼方形便便的身世之謎,科學家把袋熊送去照 CT (電腦斷層)。他們原先假設袋熊的肛門是方的。不照還好,一照不得了,袋熊的肛門不折不扣是圓的啊……

test-2021_Pansci_All_inread_p4

不氣餒的他們又提出另一個假設:「袋熊的腸子是方的!」。

研究團隊解剖了被路殺的袋熊,將腸子從頭到尾檢查了一次,發現袋熊便便從腸道頭的一團鬆軟,到了腸道末端才逐漸變硬、變方。而腸道組織切片的結果指出,袋熊的腸道肌肉發育不均勻,不同位置的組織厚度有差異,這也造成便便通過腸道各處時擠壓力量相異,才導致袋熊的便便呈立方體之態。不僅如此,研究團隊還發現,袋熊會把眾多便便堆高高,放在岩石或倒木上,用來宣示主權、和異性打招呼。

而打破我們與袋熊便便距離的科學家們,就是 2019 年搞笑諾貝爾物理獎得主──楊佩良 (Patricia Yang) 與胡立德 (David Hu) 的團隊,一起來看看他們的研究吧!

你學我,我學你,黑猩猩與人類的模仿大賽!

第二個被玩(?!)的動物就是黑猩猩啦! 2018 年搞笑諾貝爾人類學獎得主是來自瑞典的 Tomas Persson 博士與他的團隊,他們發現黑猩猩和人類不但會你學我、我學你,而且相互模仿的比率相近;更重要的是,黑猩猩的模仿行為可能還具有社交功能哦!

模仿行為很重要嗎?對,就是很重要!

模仿 (imitation) 在人類演化的過程中具有重要的意義,代表著認知 (cognitive) 與社交溝通 (social-communicative),也因為有模仿的能力,讓我們在小時候能學會說話,或是透過肢體動作來表達自己,和其他人建立關係。然而,研究團隊雖然觀察到了不少黑猩猩的模仿行為,但具不具有社交功能又是另一回事了,為了回答這個問題,他們開始在動物園內進行秘密觀察……

test-2021_Pansci_All_inread_p8
富魯維克動物園的黑猩猩。圖/Udo Schröter@Flickr

觀察對象是 5 隻黑猩猩,只要牠們透過玻璃和遊客近距離互動,研究人員就會記錄下來。歷經 52 小時的觀察馬拉松後,總共記錄到 354 組跨物種間的互動,而從模仿對方動作的比例來看,不論是遊客模仿黑猩猩,還是黑猩猩模仿遊客,大多落在 10%。

有趣的是,如果人類做出黑猩猩的本能行為,像是抓癢、打哈欠,牠們大多不以為意;只有出現像是拍手啊、以唇貼上玻璃窗啊,或是用手敲玻璃啊,這種雙方都能做出來的非本能動作時,才比較容易出現模仿行為,而這可能就是為了社交而做的動作。

想看真實版的《侏儸紀公園》?替雞裝上尾巴就行!

如果想看恐龍走路,除了跟著哆啦A夢和大雄搭上時光機回到過去外,還有沒有其他更實際可行的方法呢? 2015 年搞笑諾貝爾生物學獎得主─ Bruno Grossi 和他的團隊突發奇想,在雞的身上固定一個假尾巴來模擬恐龍行走。

這樣也行?您在跟我說笑嗎?

這個看似荒唐又搞笑的研究,可是超級無敵認真的唷!目前學界普遍認為,鳥類從獸腳類恐龍的祖先演化而來,漸漸演化出不同的形態與特徵,雖然大多數的鳥類已經和獸腳類恐龍差距很大,但從腳、羽毛,以及中空又堅固的骨骼這三個特徵來談,兩者還是非常相像的。

test-2021_Pansci_All_inread_p12

萬事俱備,只欠東風,拿雞來模擬恐龍走路,還缺少一個重要元素──長長的尾巴。研究團隊發現,當雞有了假尾巴,牠們的行走方式和站立姿勢會產生變化:股骨和膝蓋的位置和一般的雞不一樣,運動方式則從「膝蓋驅動模式」變成「臀部驅動模式」。

研究一的三組雞,控制組(C)、加上鉛塊的雞(CW)和用黏土固定假尾巴的實驗組(E)。圖 / Grossi B, et al. PLoS One. 2014 Feb 5;9(2):e88458.

為了證明雞不是因為增重而改變運動方式,研究團隊再幫雞朋朋們穿上鉛衣,這些鉛塊的位置更接近牠們的身體重心,如果雞因為重量而改變運動方式,那研究真的就是來搞笑的(大誤)。

幸好,皇天不負苦心人。實驗結果發現,即使加上了鉛塊、改變重心位置,裝上尾巴的雞並不會改變運動方式,也得出了恐龍演化成鳥類,可能就是從臀部驅動演化為膝蓋驅動這樣的結論。

貓主子一直敲鍵盤怎麼辦?只好寫個軟體阻止他!

你常被家中貓主子的調皮搗蛋(牠本人應該不這麼認為)搞到崩潰嗎?任性的貓咪一旦接近電腦,你是否感到背脊發涼,深怕下一秒電腦裡的資料就要登上西天了呢?嘿嘿,不用擔心,有人幫你想好了!

再賣無辜啊! 圖 / sethness

2000 年搞笑諾貝爾電腦科學獎的得主 Chris Niswander,就發明了電腦軟體──「貓咪剋星」(PawSense),用來阻止這種憾事發生。這套軟體能藉由分析打字的時間長度與組合,來分辨此時打字的是你飛快的雙手,還是貓咪隨興的踏踏;如果發現是貓在作怪,電腦就會發出震耳欲聾的打擊樂,或是其他貓咪不喜歡的音樂。

萬一貓咪耳朵不好使,又該怎麼辦呢?

軟體還有另一種機制能對付聽力不怎麼好的貓咪,那就是要求使用者在鍵盤上輸入 “human” 才能繼續使用電腦。可想而知喵主子只會打出一串亂碼,想破解?門都沒有!

所以我說不要玩動物辣!圖 / 梗圖產生器

除了上述這些和動物有關,「乍看令人發笑,後又引人深思」的研究外,其實還有許多和動物好朋朋脫離不了關聯的有趣研究,像是狗狗指北針白馬不怕馬蠅哺乳類動物的尿尿時間大概是 21 秒等等,而泛科學也有替大家整理搞笑諾貝爾獎特輯,有興趣的科夥伴們也可以點進連結查看唷!如果你和我們一樣,十分期待今年的搞笑諾貝爾獎,那就不要錯過泛科學在典禮當天的文字報導,歡迎大家持續追蹤相關資訊!

Ad manager Post Bottom code
[集雅]廣告測試