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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

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得弱勢,所幸自古以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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