一首歌的時間就能變形的「變形蛙」

• 作者／胡立德；譯者／羅亞琪
• 編按：本篇沒有蟑螂圖片，請安心服用！

黎明時分，柏克萊生物系的學生高什克‧賈拉雅姆 (Kaushik Jarayam) 聽見蟑螂竄走的聲音，他正坐在生命科學系館的階梯上吃貝果，就跟每天早晨一樣。貝果的屑屑掉落在水泥階梯上， 竄走的聲音愈來愈大，甚至演變成窸窣聲，同時，附近山茱萸樹下的落葉堆也開始出現動靜。

他看見灌木叢中冒出兩根長長的觸角，接著是一抹褐色物體朝他的腳衝來。高什克本能地站起身，胡亂踩踏了幾下，大部分只踩到水泥地，但其中一下踩到了一個小生物，發出壓扁的聲音。那個生物迅速逃跑，衝進他剛剛坐著的階梯上的一個小縫隙。

那是似乎天下無敵的美洲蟑螂 (Periplaneta americana)，即使鞋子踩中了牠，牠卻還逃得了，高什克不禁感到好奇：蟑螂怎麼有辦法活過這樣的重擊？在進行縝密的實驗後，高什克將會發現這些動物看起來很堅硬，實際上卻很柔軟。在研究的歷程中，他將發明一種可被輾壓的機器人，會變形，但不會碎裂。

以柔克剛，軟一點才有存活的可能

高什克正在攻讀生物學博士學位，但是他從未上過任何一堂生物學的課程。他在印度的邦加羅爾長大，這個地方在他小時候還是個小鎮，但後來發展成一座繁忙的都市，有許多資訊科技人才湧入。他曾就讀印度理工學院孟買校區，專攻機械工程，特別是製造領域。

在我們的世界，隨處可見製造的痕跡，例如加工成型的塑膠或鑄造的金屬，這當中大部分的成品都是堅硬的。高什克將開始了解，製造業的發展前沿不再是如何讓機器和裝置更加堅硬，而是如何把這些東西變得更柔軟。

高什克對製造產生興趣時，正值四軸飛行器剛被開發出來。四軸飛行器有四個各自獨立的旋翼，如同正方形的四個象限般排列。旋翼的數量使四軸飛行器非常具有機動性，可以定點旋轉、俯衝、懸停以及隨飛隨停。

早期的四軸飛行器有一個問題，那就是它們的性能遠超過存活能力，它們飛行的速度太快了， 如果撞到東西，便直接碎屍萬段。因此，工程師開始在飛行器外圍包覆一種類似倉鼠滾輪的保護裝置，倘若發生碰撞，保護裝置會先被壓碎，以便保護裡頭的旋翼。

於是，高什克便開始研究蟑螂的運動，因為牠似乎無論受到什麼樣的撞擊都似乎無法被摧毀。

跟蟑螂學習如何「完整地」活下來

從蟑螂的角度來看，這種能力是必需的，因為牠們一直處在被掠食者吃掉的危險當中，蜥蜴、貓、鳥等動物都很樂意大啖蟑螂這種具有豐富蛋白質與脂肪的營養來源。一旦被抓住，蟑螂很快就會遭到嚼食吞嚥， 因此能存活的唯一機會就是加速逃跑，愈快愈好。

蟑螂隨時準備逃命，牠們可以在 \(\frac{1}{50}\) 秒的時間內做出反應，比人類快上 10 倍；牠們能以每秒 25 倍體長的速度奔跑，相當於一輛車以每小時 450 公里的速度前進。

速度是蟑螂生存的關鍵，因為太重要了，所以蟑螂沒有時間閃躲物體，只能直直一頭撞上。

如果你把這個動作用高速攝影機拍下，接著慢速播放，就會看見蟑螂是衝撞牆壁，回彈，接著才直爬上牆。如果牆壁下方有小縫隙，牠會以最快的速度把身體擠進去，這個行為可以讓牠在體型大上許多的掠食者面前消失無蹤，牠們通常是僥倖成功的。

蒙大拿州的生物學家塔拉‧馬吉尼斯 (Tara Maginnis) 曾對野外昆蟲進行一次普查。昆蟲生來會有六隻腳，但在野外捕獲的昆蟲之中，腳的平均數目卻是五隻，這些五腳昆蟲算是幸運的了，牠們勉強成功逃脫，可以再多橫行一天。

模擬野外環境，觀察蟑螂的荒野逃生

由於蟑螂速度太快，在野外很難觀察，高什克便在實驗室裡做了一個障礙訓練場。

蟑螂喜歡生活在散落著枯枝落葉的林地上，在這樣的環境中，其褐黑相間的體色有助完美偽裝。高什克建了一個開放的走道，末端是一個隧道入口，隧道屋頂只有兩枚硬幣疊起來的高度，是蟑螂站立時高度的 \(\frac{1}{4}\)。當蟑螂要進入隧道時，就會像黃金獵犬要把身體擠進信箱一樣。

高什克用高速攝影機拍攝蟑螂進入隧道的動作，從遠方看， 這隧道口就像是個小縫隙。在進入隧道前，蟑螂會先把長長的觸角伸進去，探索完裡面的空間之後，牠會短暫停頓，接著再把頭塞進縫隙，瞧瞧裡面。有時，牠得硬塞好幾次，頭才進得去。

蟑螂高 1.2 公分，是縫隙高度的 4 倍，為了擠進洞裡，牠用前腳往前走。縫隙很低，因此當牠把頭塞進去時，身體會往上傾斜 45 度，導致後腳在半空中亂踢。蟑螂處變不驚，繼續用前腳把身體拉進縫隙，短短 1 秒鐘，整隻蟑螂已經進到縫隙中，從掠食者的角度看，蟑螂就像是憑空消失了。

高什克用玻璃排成隧道的牆壁，這樣就能看到裡面。蟑螂幾乎把自己擠壓到完全扁平，牠在站立時，腳通常是位在身體下方，但現在卻像螃蟹一樣水平攤開。高什克拿一根棒子往隧道裡戳，模仿貓把爪子伸進去的動作。令人驚訝的是，蟑螂竟以螃蟹走路的方式遠離棒子。

他又多戳了幾下，蟑螂加快速度並開始跑了起來，雖然這時身體仍處在被壓平的狀態。被壓扁的動物還能夠全速衝刺，令高什克十分訝異。我們在開車經過狹窄巷弄時，並不會全速行進，若全速行進的話，車子很容易就會損壞到無以修復的地步。

穿戴盔甲的蟑螂，天生就有被壓扁的潛能？

雖然蟑螂看起來全身覆蓋著閃亮的盔甲，但牠們其實有許多柔軟的關節，讓身體能極度靈活地形變。例如，蟑螂腳上的每一個關節都是由柔軟可形變的半透明膜所組成，就如中世紀騎士的盔甲在膝蓋和肩膀部位有著互相重疊的甲片一般。蟑螂的腹部也覆滿了百葉窗般互相重疊的甲片，高什克認為，這些重疊的甲片允許蟑螂的身體在壓平時往側邊擴展。蟑螂天生就是可以被壓扁的。

為了測試蟑螂的極限，他把蟑螂放在機械式壓機裡，四面都有透明牆壁，以防蟑螂脫逃。接著，他施加等同於蟑螂體重 900 倍大的力在牠身上，相當於把人壓在一間單房公寓底下。

此時腹部甲片輕輕擴張，讓蟑螂柔軟的內臟得以透過柔軟的透明膜被推出。蟑螂的體內大部分是液體，因此當身體受到向下的壓力時，也就意謂體液必需從某處流出，而流出的地方就在甲片之間。當外力消除後，這些透明膜會把蟑螂推回正常的形狀。

蟑螂在承受這麼大的外力後，仍能毫髮無傷地走開，牠們就像一顆裝有馬達的壓力水球，縱使被壓扁到認不出原貌，仍能繼續行走。蟑螂可以承受多大的下壓力而不死亡，就要看牠的外骨骼能承受多大的體內液壓了。

然而，機器人就不會有這樣的限制，它們互相連結的部位可以是空氣，而不必是液體，就跟紙鶴一樣，機器人具有被壓成一張紙後仍可繼續運作的潛力。高什克受到蟑螂承受輾壓的能力所啟發，決定製作一個人造版本。

• 下篇《小強求生術（下）：人類有辦法打造跟蟑螂一樣「抗壓」的機器人嗎？》帶大家來看看，在參考天造的蟑螂之後，人造的版本可以達成哪些功能。

——本文摘自泛科學 2020 年 3 月選書《破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人》，2020 年 1 月，三民出版。

• 文／文詠萱

編按：單身長達 10 年的「世上最孤單青蛙」都已經找到伴侶，那__呢？

一人一點錢，救救單身蛙

2008 年時，科學家們在野外發現了一隻瑟溫卡斯水蛙 (Sehuencas water frog，Telmatobius yuracare)，他們將之命名為「羅密歐」，並養在玻利維亞科恰班巴自然歷史博物館 (Bolivia’s Cochabamba Natural History Museum) 的水族館裡。

沒想到，整整 10 年過去了，在 2008~2019 年間，人們居然都沒有在牠的棲息地發現其他野生個體。這讓玻利維亞的環境保護人員非常緊張，因為這很可能代表羅密歐是世界上最後一隻瑟溫卡斯水蛙，假設牠翹辮子了，那這種青蛙也就要絕種了。更慘的是，這種青蛙的平均壽命為 15 年，要是不加緊腳步，可能就來不及了。

為了避免絕種危機，保育人員們積極地在野外尋找雌性的瑟溫卡斯水蛙，同時建立了人工繁殖計畫。但這還不夠，保育團隊甚至在 2018 年為羅密歐建立了一個個人網站，為牠填寫了詳細的交友檔案，並發起募款活動，希望能喚起大眾的注意，讓民眾、科學家、探險家能在野外棲地尋找雌性水蛙個體，讓羅密歐脫離滅絕危機，繼續繁衍下去。

除了上述種種，保育人員還做了許多努力，包括：訪問玻利維亞雲霧森林 (Bolivian cloud forest) 中曾見過此物種的居民，以建立瑟溫卡斯水蛙的足跡地圖；研究棲地水體中物種環境 DNA 及其滅絕原因，並找出方法保護那些留在野外的物種；建立該地區水蛙生物資料庫等等。

真命天女出現啦！

令人慶幸的是，2019 年 1 月，一支探險隊在探索玻利維亞雲霧森林時，竟在溪流中發現了五隻瑟溫卡斯水蛙！分別為三隻雌蛙、兩隻雄蛙，其中一隻雌蛙更正值生育年紀。經過多年等待，羅密歐終於找到他的「茱麗葉」了嗚嗚。

探險隊領導者 Teresa Camacho Badani 對於兩者間的未來十分樂觀，她深信異性相吸的道理。「羅密歐的個性有點害羞，他目前相當健康，喜歡吃東西；而這隻茱麗葉的個性截然不同，她精力充沛，時常游泳，有時候會試圖逃跑。」

危機未解除，兩棲動物陷困境

這些被帶回來的水蛙們將會進行健康檢查，以防止弧菌、真菌傳染病，當然也要讓羅密歐與茱麗葉見面，想辦法創造宇宙繼起之生命，繁衍出未來可以回到自然棲息地的後代。

在過去，瑟溫卡斯水蛙曾在玻利維亞雲霧森林內的溪流、河流與池塘等不到 10 個地點被發現。這些棲地曾有豐富的水生蛙生態，然而，目前玻利維亞、厄瓜多及秘魯的水蛙正在迅速減少，牠們面臨到各種威脅，包含氣候變遷、棲地破壞以及外來種鱒魚等。

全球野生動物保護組織的 Chris Jordan 表示：「將動物帶回圈養是有風險的，但由於野外青蛙數量太少，目前無法長期確保會持續繁殖，不得不帶回人工繁殖。」相關團隊表示會盡力恢復玻利維亞森林特有種青蛙，並將相關寶貴經驗提供給目前正面臨絕種的類似物種。

羅密歐找伴的故事引起了人們對於兩生類動物困境的關注，雖然故事有了好的發展，但人員並未在找到茱麗葉的溪流附近發現其他水蛙，這讓他們對於生態系的健康仍然十分擔憂。

參考資料

• World’s ‘loneliest’ frog gets a date. bbc 2019.01.15

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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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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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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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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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。