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睡著還能繼續飛?一探鳥類世界的奧秘!──《噢!原來如此 有趣的鳥類學》

PanSci
・2020/11/19 ・1720字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 429 ・四年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

感知味道的味覺

小鳥可以感覺食物「好不好吃」嗎?當然可以,只是沒有那麼敏感。鳥類和我們人類一樣有化學物質的受器「味蕾」,通常是 300 個左右,人類大約是 1 萬個,但鳥類的味蕾不是長在舌頭上,而是在鳥喙內部,或是在口腔深處。

一般來說,味覺是保護自己的重要功能,不只是要判斷口中的食物「好不好吃」,更是要判斷「能不能吃」,遇到可能危害健康的食物,就要趕緊吐出來,否則吞下肚就來不及了。因此,當小鳥把某些「難吃」的昆蟲或果實吐出來,就是在保護自己。這和我們吃到過度刺激的食物一樣(例如太辣、太鹹或太甜),都會讓你有種想要馬上吐出來的衝動。

有趣的是,有些小鳥還真的會瞬間就把食物吞下去了,這樣一來,吃到危險的食物怎麼辦?也許,鳥類的味覺反應很快,或是食物入口前就先好好判斷能不能吃,而先觀察同伴的反應也是方法之一。

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例如,大山雀看到同伴吃下某個食物覺得難吃而吐掉、甩頭等踩到雷的反應後,有 32% 的大山雀會學習到那個食物似乎不太妙,而選擇吃別的食物。這樣的學習行為除了保護自己,也可能影響同伴的覓食行為。

辨別氣味的嗅覺

要填飽肚子,除了利用眼睛尋找獵物、仔細聽出獵物的動靜,有一些鳥類擁有敏銳的嗅覺,是用聞的方式找食物!

如紐西蘭的國鳥鷸鴕,因為無法飛行、視力也不好,夜行性的牠們靠鳥喙前端的鼻孔在土壤和落葉間嗅聞蟲的氣味,地表下 3 公分的蚯蚓也聞得到;吃屍體的紅頭美洲鷲,即使在天上飛也能聞到森林裡被落葉覆蓋的腐肉;一些嗅覺沒那麼敏銳的黑美洲鷲等鳥類還會尾隨紅頭美洲鷲去找食物。另外,海燕、信天翁等海鳥,在汪洋大海上也是依靠敏銳的嗅覺尋找食物,漂泊信天翁甚至從 20 公里外就可以聞到氣味。

而藍鸌即使在一片漆黑的環境下,也可以透過氣味找到自己位於海邊的地下巢洞,甚至還能分辨出自己蛋的氣味。這些嗅覺敏銳的鳥種,位於前腦裡負責感知嗅覺的嗅球也比一般鳥類大得多!

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不只如此,鳥類整理羽毛時,會用尾羽基部尾脂腺分泌的油脂塗抹全身羽毛。尾脂腺中有各種細菌,產生不同的氣味混合後形成自己的氣味,如果菌相改變,油脂塗抹到羽毛後,身上的氣味也將跟著改變,甚至會影響配偶的選擇。

半睡半醒的睡眠

跟大部分的動物一樣,鳥類也需要睡眠。厲害的是,牠們可以半睡半醒,讓一側的腦半球休息,另一側的腦半球仍然保持運作!

鴨子在睡覺時,可以睜著一隻眼睛注意天敵;軍艦鳥也可以讓一側腦半球保持清醒、另一側腦半球休息打盹,在海上連續飛 2 個月不落地;普通雨燕甚至可以在天上飛行超過 10 個月,不只睡覺,連吃喝拉撒還有交配都可以邊飛邊完成。

有些鳥類在夜晚睡覺時,因為無法覓食且環境溫度降低,會進入類似冬眠的省電模式,稱為「螫伏」(torpor),透過降低體溫及代謝速度,減緩能量的需求及消耗。例如蜂鳥的體溫從白天約 40°C,到夜晚「螫伏」狀態時可以降至 20°C;心跳則從每分鐘超過 1,000 次,降到 48 至 180 次。進入「螫伏」狀態的蜂鳥,早上醒來後也需要比較多時間暖機。

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──本文摘自《噢!原來如此 有趣的鳥類學》麥浩斯出版,2020 年 10 月 22 日
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為了繁殖,19 天睡不到 23 小時!──《噢!原來如此 有趣的鳥類學》
PanSci
・2020/11/21 ・2161字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 449 ・四年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

爭奇鬥豔的把妹招數

對鳥來說,「繁殖」是年度大事,為了擺脫單身,公鳥們使出渾身解數,向母鳥展現自己最好的一面。牠們展示華麗的羽毛,羽毛有光澤也表示公鳥的身體條件較佳;或是用食物向母鳥示好,用行動證明自己的捕食能力,對餵養幼鳥也有幫助;或是為母鳥跳支別出心裁的求偶舞,有沒有跳錯、節奏對不對,都可以看出公鳥有沒有經驗;有些鳥則是展現美妙的歌喉,從鳴唱技巧、時間長短也能聽出公鳥有沒有活力;或是搭建一個窩來展示自己的建築技術等等。求偶的方式五花八門、千奇百怪,不過目的都是一樣的,就是找到另一半一起繁衍下一代!

由於母鳥對繁殖的投資程度通常比較高,例如產生較大的卵子還要花時間、精力生蛋,每次生蛋的數量也有所限制,所以會謹慎挑選對象。而公鳥為了吸引母鳥的注意,則通常是羽色較鮮豔、體型較大或是鳴唱聲較複雜的一方。

挑剔的母鳥透過公鳥各式各樣的展示行為,去判斷候選人的健康狀況、覓食能力等等,綜合各種蛛絲馬跡再從中挑出最滿意的公鳥配對,就有機會獲得較好的基因!

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鳥類的夫妻之道

在鳥類的世界裡,最普遍的配對是「一夫一妻制」(monogamy),由一對成鳥完成築巢、孵蛋和育雛等繁殖任務。

但是,鳥類的一夫一妻制並不代表忠貞的愛情。某些雁鴨的一夫一妻制只維持一年,每年換老公老婆,稱為「不連續的一夫一妻」;而信天翁則可以維持好幾年,稱為「連續的一夫一妻」。而且,即便是一夫一妻,公母鳥雙方各自「搞外遇」是家常便飯,稱為「偶外配對」(extra-pair copulation),目的都是為了留下更多後代。

另一種是公鳥交配完就拍拍屁股走人,繼續找其他母鳥交配的「一夫多妻制」(polygyny)。當母鳥能獨立撫養幼鳥,公鳥大概也只剩提供精子的功能,接下來的孵蛋、育雛都由母鳥自己負責。通常一夫多妻制的幼鳥屬於「早熟性鳥類」,孵化時身上就有羽毛,沒多久就可以趴趴走。

「一妻多夫制」(polyandry)跟一夫多妻制剛好相反,母鳥們彼此競爭領域,羽色比公鳥還要鮮豔,由母鳥求偶和競爭交配權,孵蛋跟育雛則是單親爸爸負責,幼鳥通常也是早熟性。母鳥生完蛋就離開另覓新歡,繼續交配生蛋、再交配再生蛋,藉此增加自己小孩的數量。

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美洲尖尾鷸的求愛馬拉松

5 月下旬,美洲尖尾鷸才剛從南半球陸陸續續飛抵阿拉斯加北部的繁殖地,但卻沒什麼時間休息了,因為繁殖季接著展開。一夫多妻制的牠們,孵蛋跟照顧小屁孩的差事都由母鳥獨力完成,不過公鳥也沒閒著,牠們的目標是在短短的繁殖季盡可能把到越多的妹,替自己生小孩!

位於北極圈內的繁殖地,夏天是永晝,公鳥們忙著擊退其他對手、追母鳥、密集求偶,競爭激烈到連睡覺都嫌浪費時間,甚至有公鳥連續 19 天內 95% 的時間都保持清醒,睡不到 23 個小時的紀錄……

這些睡眠越不足的公鳥,越能跟更多母鳥互動,也有較多的老婆跟小孩!而且公鳥們不只停留一個地方,牠們會在北極圈四處趴趴走、尋找機會,哪邊母鳥多就待久一點,一個繁殖季平均飛 3 千多公里呢!

五花八門的巢材

為了避免被掠食者發現,築巢的位置得慎重選擇,最好是不容易接近且有隱蔽性。選好位置接下來就是尋找巢材,樹枝、獸毛、泥土、蜘蛛絲等都是常見的材料,有些鳥還會用地衣、苔蘚等裝飾在鳥巢外側作掩飾,巢裡面再鋪上柔軟的苔蘚或羽絨當內襯。

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有些藍山雀母鳥在生蛋後會為巢添加薰衣草、薄荷等有抑菌驅蟲功能的香草植物,直到幼鳥離巢;有些金絲燕和雨燕會用唾液固定鳥巢,而這類用口水黏緊的鳥巢經過加工後,就是食品「燕窩」;穴鴞則會在巢洞口擺放動物大便,捕食被吸引過來的昆蟲;東美鳴角鴞會活捉德州細盲蛇回家,大部分被抓回來的盲蛇生活在巢洞底部的碎屑中,可以幫鳴角鴞除掉一些巢裡的小害蟲,有盲蛇清潔工的巢洞不僅蟲蟲比較少,而且小貓頭鷹們都頭好壯壯、長得也比較健康喔!

──本文摘自《噢!原來如此 有趣的鳥類學》麥浩斯出版,2020 年 10 月 22 日
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看世界有深度又會算數,小雞怎麼這麼聰明?——《雞冠天下》
左岸文化
・2020/06/25 ・2830字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 488 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/安德魯・勞勒 (Andrew Lawler);譯者/吳建龍
  • 瓦洛帝嘉拉為義大利神經科學家,以雞為研究對象,透過實驗發現人類與雞有著許多共同特徵。

義大利的阿爾卑斯山麓有個城鎮叫羅韋雷托,瓦洛帝嘉拉的研究室就位於該城鎮一處 16 世紀的女修道院地窖內。會面時,瓦洛帝嘉拉身穿淺藍襯衫搭配絲質領帶,看起來衣冠楚楚。

他是在羅韋雷托出生的,當時第二次世界大戰剛結束十多年,義大利還很貧窮,牲畜是村民賴以為生的命脈。「沒有雞就沒有蛋」他說道,而沒有雞跟蛋往往意味著要挨餓。當他還小的時候,就對動物如何看待這個世界充滿好奇。

「沒有雞就沒有蛋」。此為示意圖,並非研究雞。圖/pixabay

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自從 17 世紀法國哲學家笛卡爾斷言動物缺乏心靈、理性與靈魂以來,關於「動物具有類似於人類心智能力」的這個想法就一直存在爭議。他指出,動物可藉由聲音來表達憤怒、恐懼或是飢餓,但牠們不會說話,因而缺乏「內心獨白」(inner voice,又稱內心言語),而這正是人類思維的基礎。

他的名言「我思故我在」,或許更適合改為「我說故我在」。動物也許能夠感受到疼痛或歡愉(「我不否認動物擁有感覺」,他寫道),但牠們缺乏更進一步的覺察或認知等人類具有的特質。自此,哲學家、科學家、宗教人士和動物保護人士便針對這一點爭辯不休。

雞所看見的世界,色彩繽紛

瓦洛帝嘉拉等神經科學家們著手收集動物知覺的相關確切資料,至今他們已經發現,雞在看待世界的深度和細節要比人類深入、豐富得多。

哺乳類最初是夜行性動物,以躲避像是喜歡在白天活動的恐龍等獵食者;鳥類則偏好陽光,因此擁有較為發達的彩色視覺。紅原雞有著鮮豔的紅、藍、綠羽色,但在這種鳥的眼中,牠們所看到的卻是眩目耀眼、擴展到紫外光譜的色彩組合,超出了人類肉眼的辨色力。

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擁有鮮豔羽毛的紅原雞。圖/wikimedia

雞的雙眼也有各自的用途,牠們可讓一隻眼睛盯著某個物體(比如:可能的食物)但同時讓另一隻眼留意獵食者的動靜。這就能說明為何雞的頭會出現奇怪的突然抽動了。

人們曾經認為雞的優異視覺是由於缺乏嗅覺所產生的感官補償,不過最近有支團隊對一群家雞進行研究,發現把大象和羚羊糞便放在牠們周圍時,牠們不為所動,但如果換成野狗跟老虎的糞便,牠們便會開始警戒並停止進食。

雞跟人類一樣較為依賴視覺而非嗅覺,可是牠們確實能夠嗅出危險的氣味。雞還能回想起人類和雞的面容,並依據先前的經驗對該個體做出反應。比方說,當一隻公雞看到心儀的母雞時,公雞體內的精子生產量便會突然增加。

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科學家們曾對「雞隻具有精密複雜的溝通方式」這一觀點嗤之以鼻。「就算雞的世界有一套語法系統」認知心理學家大衛.普雷馬克在 1970 年代寫道「牠們也沒有什麼有趣的可說。」在那之後,有位德國語言學家得出這樣的結論,他認為所有的雞隻都有大約 30 種不同的聲音,可個別對應到特定的具體行為。例如,雞會用不同的叫聲來表達獵食者是從地面或是由空中襲來。

小雞其實很聰明,看看雞的厲害!

瓦洛帝嘉拉之所以會以雞為研究對象,主要是因為牠們不貴,耐受性高,而且容易飼養。大部分的鳥類跟哺乳類一樣,得投入大量精力養育幼雛,但是雞在破殼之後,就具有高度自理能力,而且在外界環境影響其行為之前就能參與實驗。

在這個古老修道院地窖內的研究團隊是由七名博士生及多位碩士生所組成,他們穿著橘鞋及白色實驗衣,在狹窄但燈光明亮的走廊上忙進忙出,儘管如此,這裡還是有一股地牢的氣息。瓦洛帝嘉拉先帶我去一間昏暗溫暖的房間,裡面全是已受精的雞蛋,這些蛋不久就會成為實驗的對象。

實驗焦點是放在「子代銘印」,這是指剛孵出的小雞會讓自己依附到牠們所看見的第一個移動物體。

小雞破殼而出後,記下第一眼見到的銘印物。圖/pixabay

研究人員會把一些特定的物體拿給新生小雞看,比如紅色圓柱體,然後把小雞放在透明圍欄中,再設置兩片不透明的擋板,把該圓柱體藏在其中一片擋板後方。接著,遮蔽透明圍欄,一分鐘後,讓小雞自己去選擋板。小雞第一次嘗試就能找到那個銘印的物體,說明牠們具有相當好的記憶力。

在另一個實驗裡,圓柱體會被擋板完全擋住,而一旁的擋板則有不同的高度或寬度,可以露出一部分的物體。在這實驗中,小雞每次都選了把圓柱體隱藏起來的擋板,這是瓦洛帝嘉拉稱為「某種直覺物理」的徵象。

雞還會做加減運算。

小雞也會計算數量?圖/giphy

研究者讓一隻小雞看一個一樣的圓柱體,然後放在一片擋板後方,之後又把幾個相同的圓柱體放在另一片擋板後面,這隻小雞會走向藏比較多個圓柱體的那片擋板。如果研究者把一個圓柱體從一片擋板移到另一片的後方去,使第二片擋板後面有比較多的圓柱體,這時雞就會走到第二片擋板。

另一項實驗中,六個相同的容器沿著圓弧線放置,每個容器跟小雞都是等距的,但其中只有一個容器裡面有放飼料,之後就讓小雞去找出有飼料的容器。接下來把有飼料的容器跟其他容器調換位置後,小雞仍然能夠選對容器。

瓦洛帝嘉拉和研究同仁最近還發現,雞的大腦左右葉各不相同,這點長久以來一直被認為是人類獨具的屬性。我們大腦的左半球掌控著語言,這是讓笛卡爾深信人類之所以有別於其他生物的工具,而右半球則讓我們在周遭人物和環境中可以定位自己。

雞的大腦左右葉也各不相同?圖/giphy

研究人員把發育中的雞胚胎左眼遮住,再讓右眼朝向蛋殼。在接近孵化的最後三天,將胚胎右眼暴露在光源下,從而削弱這隻雞的視覺處理能力。當牠孵化後,讓牠面向混著榖物的小圓石,此時正常發育的雛雞左腦能夠辨別哪些是榖物哪些是石子,但被動過手腳的小雞則無法分辨這兩種物體。

雞可以用左右大腦半球執行不同的任務,此外,瓦洛帝嘉拉認為,牠們還能分辨出有生命和無生命的物體。另一個實驗中,研究者讓小雞看隨機排列的光點,以及模擬母雞、貓或其他動物走動的光點。無一例外地,小雞總是偏愛模仿動物運動的光點,即便光點排列跟母雞的形象不同也無妨。

正常的人類嬰兒在兩天大時也能做出這種區別,但許多自閉症兒童和青少年卻沒辦法。瓦洛帝嘉拉的團隊正在研究這種自閉症的症狀是否跟理解生物動作的本能有關。藉由確切找出哪些基因在小雞認知生物動作的過程中實際參與運作,他希望這可以讓我們了解自閉症患者中可能出問題的機制,從而踏出治療自閉症的第一步。

——本文摘自《雞冠天下:一部自然史,雞如何壯闊世界,和人類共創文明》,2020 年 3 月,左岸文化

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左岸文化
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左岸不是一個地理方位,而是一種觀看世界的態度。我們想要研究現象以及現象底下的結構;想要觀察變動以及變動中的矛盾與衝突;想要了解人類心智以及影響人類心智的環境因素。想要一直探索下去,直到世界盡頭。 http://www.bookrep.com.tw/publisher/527

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解密疾病與喪失嗅覺味覺的關連:全球科學家需要你的協助!
活躍星系核
・2020/05/19 ・1537字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 578 ・九年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/黃亮達(Daniel Hwang)

世紀傳染病 COVID-19(俗稱:武漢肺炎、新冠肺炎)仍在全球肆虐中,目前(19 日)已經感染了超過四百八十萬人,並造成超過三十萬人死亡1 。即使大部分的國家在嚴格執行社交隔離政策後 COVID-19 確診人數已有所改善,但像德國在鬆綁社交限制後病情又隨即回升,顯示當前仍然沒有更有效的防疫手段。

圖/ Pixabay

COVID-19 一般會造成發燒、乾咳和呼吸困難,但嗅覺和味覺喪失的症狀也在許多歐美以及亞洲國家被大量通報。5 月 11 日發表在Nature Medicine的報告甚至指出,在英國和美國的患者中,失去嗅覺比起其他症狀像是發燒、疲倦還有呼吸短促更為尋常2。5 月 13 日的一份系統調查報告指出3, 在疫情重災區包括歐美和伊朗的病人有 22%  – 68% 喪失嗅覺。至於亞洲地區一項韓國研究指出4,急性嗅覺或味覺喪失發生在  15% 的韓國 COVID-19 患者身上,而且較容易生發生在女性以及年輕人中,大多數病人的嗅覺和味覺功能會在三週內恢復。

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嗅覺和味覺喪失已經被許多國家(包含美國、新加坡、紐西蘭、義大利、瑞士和荷蘭等)正式列為 COVID-19 的症狀,然而仍有一些國家在沒有足夠的科學證據下尚未列入。

圖/截圖自衛服部

台灣衛福部疾管署在 4 月 13 日正式將味覺和嗅覺喪失列為 COVID-19 的症狀5,而世界衛生組織 WHO 也在 5 月 4 日的更新中列入6。即便如此,COVID-19 為什麼會造成嗅覺和味覺喪失仍然不清楚,而這個問題也引起了科學家們以及耳鼻喉科醫生們的注意。

透過問卷幫助科學家了解嗅覺和味覺的問題

為了探討這個問題,全球超過 40 個國家 500 位科學家和醫護人員們組成了全球化學感覺協會(Global Consortium for Chemosensory Research),並且共同設計了一個問卷,針對被診斷出 COVID-19 或近期內患有呼吸道疾病的病人回答一系列關於嗅覺和味覺的問題。這份問卷被翻譯成  29 種語言,目前(16日)已經搜集超過三萬份問卷,大多數來自

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  • 法文(>10000)
  • 英文(>5000)
  • 義大利文(>4000)
  • 西班牙文(>3000)語系國家。

第一輪的報告指出7,在患有 COVID-19 期間,不儘是嗅覺和味覺,其他口中的感覺(像是汽水的刺激感和冰水的涼感)也會大受影響。在五種基本味覺中(甜、鹹、酸、苦、鮮/肉味),11% 的患者只有單一味覺改變,近一半的患者有兩種以上的味覺受到影響,其中又以鹹味改變最為普遍。

圖/截圖自研究計畫網站

因為一般感冒引起的鼻塞也可能會造成嗅覺和味覺喪失,科學家們在這份研究報告中特別指出鼻塞並不是造成 COVID-19 嗅覺和味覺喪失的成因,而可能是因為 COVID-19 攻擊腦中的嗅味覺感知神經系統。

這個研究計畫仍在持續進行中,參與這個研究很容易,只需要五分鐘來填寫這個問卷,希望近期有罹患呼吸道疾病或是(疑似)確診的人能參與填寫問卷,或是幫忙把這個連結分享給其他人,讓台灣在解密 COVID-19 的全球研究中不缺席。

參考資料

  1. Worldometer – Coronavirus
  2. Real-time tracking of self-reported symptoms to predict potential COVID-19
  3. Anosmia and dysgeusia in COVID-19: A systematic review
  4. Prevalence and Duration of Acute Loss of Smell or Taste in COVID-19 Patients
  5. 衛生福利部疾病管制署
  6. 世界衛生組織
  7. More than just smell – COVID-19 is associated with severe impairment of smell, taste, and chemesthesis
  • 作者資訊/黃亮達(Daniel Hwang)於台灣大學生化科技系畢業後到美國費城賓州大學和西雅圖華盛頓大學留學,現為澳洲昆士蘭大學博士後研究員,做大數據以及統計遺傳學的研究。而文章中所提到的全球化學感覺協會是由作者在費城莫內爾化學感覺研究中心(Monell Chemical Senses Center)工作時的老闆以及同事們所籌創,作者在這個研究計畫中參與問卷設計,主導中文翻譯,以及澳洲負責人。
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活躍星系核
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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