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成為爸媽後改變的不只是人生,還有大腦

活躍星系核_96
・2015/09/22 ・2167字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 467 ・五年級
相關標籤: 育幼 (8)

文 / Cynthia Lin

每個新手父母都知道,小孩會改變生活的一切。當新生兒呱呱落地後,午夜場電影和賴床都變成了無眠的夜,在定時餵奶和照顧中度過。照顧一個完全依賴自己的生命,這樣的責任感令人精疲力盡,父母可能錯失了他們生命中的細微變化:就是他們大腦正在進行的改變。

當小嬰兒還在醫院尚未回家時,在動物和人類的研究顯示大腦正在進行生物上的改變來幫助處理新的責任和壓力。

source:wikimedia
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做好準備當媽媽

哺乳類母親在懷孕開始到生產時期,就開始準備轉變當全職照護者了。母親的大腦會沐浴在各式賀爾蒙裡並重塑⼤大腦:包含雌激素(estrogen)、泌乳素(oxytocin)、催乳素(prolactin),使得大腦(像是與動機和壓力有關的區域)會有這些賀爾蒙的受器。

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其中一個區域是下視丘(hypothalamus),負責調控身體的重要功能,如睡眠、饑餓和生殖行為等。在下視丘前方的分區是內側視前區(medial preopticarea, MPOA),與養育照護行為有關。舉例來說,缺乏MPOA 區域的老鼠不會有典型的養育照護行為,像是將子鼠聚集在窩裡或是覆蓋在子鼠上為其保溫。

另外,在美國里士滿大學(University of Richmond )的研究者發現,當大鼠懷孕並越靠近生產時,他們的MPOA 區域會變更大更複雜。作者克雷格·金斯利(Craig Kinsley )說:「這些發現推測生殖賀爾蒙作用在MPOA,來激發母親對於小孩的興趣。」

懷孕賀爾蒙也作用在控制壓力反應的大腦迴路上。這個迴路包括下視丘、腦下垂體(pituitary gland)和腎上腺(adrenal gland),都是內分泌系統的重要器官。

金斯利研究大鼠的壓力系統後發現,當新手鼠媽媽和處女鼠都放在充滿壓力的情況時,媽媽們調控壓力和焦慮的大腦區域會有較少的活動。懷孕賀爾蒙也作用在壓力迴路上,減弱大腦對某些壓力賀爾蒙的反應。因此,鼠媽媽們較可以面對新挑戰並且能有較豐富的行為反應。

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「一個新手媽媽必須處理各式樣之前陌生的行為。」金斯利說。這些行為包含艱鉅的任務像是:擊敗狩獵者來保護自己的小孩,或是離開小孩去覓食。

讓媽媽們能一心多用

母親的大腦也會長出新的樹突突觸,這是神經元間的連接處,讓彼此能夠相互溝通。在2010 年,普林斯頓大學(Princeton University)的研究者計算了部分前額葉的樹突突觸的數目,而前額葉是大腦處理學習注意力和計劃的重要區域。

研究發現鼠媽媽們比起處女鼠有較多的突觸。作者班尼德塔·路納(Benedetta Leuner)說:「這可以讓媽媽們比較能專心且不容易分心。」這改變也增強媽媽一心二用時轉換注意力的能力。相似大腦的改變也可以在生產後的女性上看到。在2010 年,科學家掃描了剛生產幾周內和四個月後的新手媽媽大腦活動。在這段期間,媽媽的大腦某些區域變大了,例如前額葉。研究者推測這增加可能是來自當媽媽後與寶寶互動的新體驗。

讓男人更居家

不只是懷孕的女性需要處理複雜的賀爾蒙和大腦的改變。爸爸們和未來的爸爸們也有些微但顯著增加的雌激素和催乳素:這些可在懷孕婦女上發現大量增加的賀爾蒙。當嬰兒出生後,爸爸的睪酮素(testosterone)下降,使得他們較不具攻擊性並且較適合養育。(延伸閱讀:好爸爸的睪固酮濃度較低

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在蘭道爾夫-麥肯學院(Randolph-Macon College)的神經科學家凱利·蘭伯特(Kelly Lambert)研究加州鼠(California mice)養育行為的生物機制——加州鼠是少數由男性主動照護子代的物種。她發現跟處男鼠相比,鼠爸爸可以較快學習到迷宮中哪裡藏有食物。而且鼠爸爸的海馬迴(處理學習和記憶的區域)活動也會增加。

其他的動物研究顯示養育子代的鼠爸爸大腦也準備好了:他們的大腦強化對催產素和加壓素(vasopressin)反應的神經纖維。催產素和加壓素是和照護行為有關的神經化學物質。這些神經纖維連接到皮膚的受器,並且傳遞觸覺的訊息回大腦。

蘭伯特說:「透過這樣的迴路連線,父親和子代的親密接觸會促進爸爸大腦的生理改變,在嚙齒類或人類上都可以看到這樣的現象。」

在動物和人類上的研究提供了證據,顯示生理上的改變能幫助父母處理他們的新責任和壓力。「有了小孩後嶄新的體驗,對大腦來說是最刺激的經驗之一,不管你是人類還是老鼠。」蘭伯特說,「看著鼠媽媽帶著14 個小孩,真是令人敬畏。」她還說,「他們真的知道該怎麼做,而且他們馬上就行動起來。那是因為他們的大腦正在產生改變。」

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參考文獻:

  • Abraham E, Hendler T, Shapira-­‐Lichter I, Kanat-­‐Maymon Y, Zagoory-­‐Sharon O, et al. Father’s brain is sensitive to childcare experiences. Proceedings of the National Academy of Sciences. Jul 8;111(27):9792-­‐7 (2014).
  • Barrett J, Wonch KE, Gonzalez A, Ali N, Steiner M, et al. Maternal affect and quality of parenting experiences are related to amygdala response to infant faces. Social Neuroscience. 7(3):252-­‐68 (2012).
  • Franssen CL, Bardi M, Shea EA, Hampton JE, Franssen RA, et al. Fatherhood alters behavioural and neural responsiveness in a spatial task. Journal of Neuroendocrinology. Nov;23(11):1177-­‐87 (2011).
  • Keyser-­‐Marcus L, Stafisso-­‐Sandoz G, Gerecke K, Jasnow A, Nightingale L, et al. Alterations of medial preoptic area neurons following pregnancy and pregnancy-­‐like steroidal treatment in the rat. Brain Research Bulletin. 55(6): 737-­‐45 (2001).
  • Kim P, Leckman JF, Mayes LC, Feldman R, Wang X, et al. The plasticity of human maternal brain: longitudinal changes in brain anatomy during the early postpartum period.Behavioral Neuroscience.Oct;124(5):695‐700 (2010).
  • Kim P, Rigo P, Mayes LC, Feldman R, Leckman JF, et al. Neural plasticity in fathers of human infants. Social Neuroscience 9(5):522-­‐35 (2014).
  • Kinsley CH, Blair JC, Karp NE, Hester NW, McNamara IM, et al. The mother as hunter: significant reduction in foraging costs through enhancements of predation in maternal rats. Hormones and Behavior. Sep;66(4):649-­‐54 (2014).
  • Kinsley CH, Trainer R, Stafisso-­‐Sandoz G, Quadros P, Marcus LK, et al. Motherhood and the hormones of pregnancy modify concentrations of hippocampal neuronal dendritic spines.Hormones and Behavior. Feb;49(2):131-­‐42 (2006).
  • Leuner B, Gould E. Dendritic growth in medial prefrontal cortex and cognitive flexibility are enhanced during the postpartum period. Journal of Neuroscience. Oct 6;30(40):13499-­‐503 (2010).
  • Love G, Torrey N, McNamara I, Morgan M, Banks M, et al. Maternal experience produces long-­‐lasting behavioral modifications in the rat. Behavioral Neuroscience. Aug;119(4):1084-­‐96 (2005).
  • Wu Z, Autry AE, Bergan JF, Watabe-­‐Uchida M, Dulac CG. Galanin neurons in the medial preoptic area govern parental behavior. Nature. 509(7500): 325-­‐330 (2014).

原文文章:

 

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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狐狸冷血無情,會把小孩趕走?——《生物轉大人的種種不可思議》
商周出版_96
・2023/11/22 ・1675字 ・閱讀時間約 3 分鐘

狐狸的育幼行為

對於生物來說,離開親代的意義是什麼?

放手讓子代獨當一面的意義又是什麼?

肉食性動物的親子分離是很絕情的,下面要介紹的例子是狐狸。

圖/pexels

狐狸是很重感情的動物。

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童話故事中的狐狸總是給人狡猾的印象,不過實際上狐狸家族之間的情誼相當牢固。

狐狸採一夫一妻制,雄性也會參與育幼,由夫妻一起照顧小孩。

母狐狸會躲在挖得很深的巢穴中待產,雄狐狸則會勤奮地替在巢穴中的雌狐狸覓食。即便小孩出生了,雄狐也不能進洞裡。據說曾有人觀察到在巢穴附近坐立難安的雄狐,好像很想見見自己的小孩,讓人不覺莞爾。

狐狸媽媽生產完之後,雄狐狸要持續替牠送食物。

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狐狸以老鼠或兔子為食,覓食對牠們而言並不容易。就算生活在食物豐富的里山環境(編按:里山指環繞村落的山林和草原,經人類適當耕耘,可提供動植物多樣性的棲地),也需要一平方公里的領地。若是在食物匱乏的地方,領地可能要五十平方公里。為了家人,狐狸爸爸必須在遼闊的領地間徘徊覓食。

況且老鼠與野兔相當敏捷,獵捕起來並不容易。狐狸需要高超的狩獵技巧。

牠們的基本狩獵方式是跳躍,畢竟以追捕的方式捉老鼠與野兔有一定難度,因此狐狸選擇靜悄悄靠近,再一口氣跳高,由上往下攻擊獵物。

狐狸獵捕的方式是先悄悄靠近,再一口氣跳高,由上而下攻擊獵物。圖/giphy

牠們還有一種特殊的狩獵方式,稱作「誘捕」(charming)。鎖定獵物的狐狸會維持著一個不會讓獵物溜走的距離,然後狀似痛苦地不斷打滾,老鼠和兔子看到狐狸的模樣心生好奇,就會忘記要逃命。此時狐狸一邊劇烈扭動、一邊慢慢靠近,趁獵物不注意的時候偷襲。據說牠們還懂得裝死讓獵物放下戒心,這也是需要高超的演技。

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在獵捕水鳥時,狐狸也懂得把水草或雜草纏在身上,透過偽裝的方式靠近獵物。這種狩獵方式需要高度的智能。進行高階的狩獵行為需要深度的學習。所以小狐狸出生三個月左右,親代就會把牠們帶到遠方,傳授生存需要知道的重要事項,包括如何狩獵。

讓小狐狸離巢的狐狸爸媽

等到教會孩子怎麼狩獵之後,狐狸爸爸就不再替小孩覓食了,透過這種方式督促小狐狸自立。乍聽之下很無情,但牠們並非放任小孩自生自滅。有時候狐狸親代似乎會事先把食物藏好,再讓小狐狸自己去找,表面看起來嚴厲,實則處處有愛。這種愛在心裡口難開的表現,實在很有父親的育幼風格。

然而進入夏天的尾聲,就是別離的時刻了。

圖/pexels

小孩不能永遠待在父母身邊。進入離巢期,親代會開始驅趕子代。狐狸是很寵小孩的動物,養育小孩時也關愛有加。在小狐狸眼裡,媽媽和爸爸都無比慈祥和藹。小狐狸也很依賴父母。可是在離巢期的狐狸爸媽會突然翻臉就不認小孩了。

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小狐狸會困惑地無法理解,像平常一樣回到父母身邊。但是親代不允許子代回來,選擇強力恐嚇並驅趕小孩,狐狸媽媽甚至還會開咬。

儘管如此,小狐狸還是想回來,不過每次都會遭到恐嚇與攻擊。最終小狐狸會死心離開父母家園。

這就是孩子的自立,也是親代放手讓小孩獨當一面的時機。狐狸親代就是為了這一刻才不斷教導子代各種生存策略,最終子代也會擁有自己的領地並為人父母。

這一切都是為了讓小孩學會獨立自強。這就是狐狸的育幼方式。

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——本文摘自《生物轉大人的種種不可思議:每一種生命的成長都有理由,都值得我們學習》,2023 年 8 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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蟻巢營養內循環,螞蟻的蛹不動也能貢獻社會
寒波_96
・2022/12/20 ・2477字 ・閱讀時間約 5 分鐘

人類對螞蟻可謂無比熟悉,許多人還不識字就認識螞蟻了;相關的科學研究也十分豐富,產出如威爾森(E. O. Wilson)這類科學大師。2022 年底問世的一篇論文,卻出乎意料地報告一條普遍存在,此前卻一直受到忽視的現象:

螞蟻的蛹會分泌液體,作為成蟲與幼蟲的營養液。

圖/drawception

螞蟻社會的內循環營養液

螞蟻是完全變態的昆蟲,有卵、幼蟲、蛹、成蟲 4 個階段。眾所皆知螞蟻是社會性昆蟲,整個蟻巢運轉精密,但是蛹有好幾天固定不動,除了佔空間以外,在蟻巢裡好像沒什麼存在感。

這項研究主要的對象是畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) ,近年成為探索螞蟻奧秘的主力。照論文的寫法,一開始目的很單純,就是把蛹從蟻巢中移出,看看孤獨對螞蟻有什麼影響。

被移出巢穴的蛹,羽化成蟲的比例有 90% ;即使周圍沒有同儕,絕大部分的蛹似乎也能成功轉大蟲。然而過程沒這麼簡單。

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將螞蟻的蛹由巢中取出,搜集分泌液體的裝置。羽化前幾天,蛹會由白轉而黑化,羽化前 6 天開始分泌液體。圖/參考資料 1

蛹在成功羽化的前幾天會黑化,論文觀察到當蛹開始黑化不久,也就是羽化的 6 天之前,每天都會分泌出液體。留著液體會害蛹被自己淹死,人為將液體移除,蛹才能順利羽化。

如果是在原本的蟻巢中,蛹排放的液體還來不及把自己淹死,就會慘遭黴菌入侵感染而亡。所幸慘劇實際上不會發生,因為成年螞蟻會將液體去除。

將藍色染劑注入蛹,一天後觀察到成蟻的消化道都出現藍染,可見蛹產生的液體,都隨即轉移進入前輩同儕的肚子。分析蛹產生的液體,得知營養十分豐富。

把食用藍色染料注入蛹,便可觀察蛹分泌液體的轉移。圖/參考資料 1

完全變態的昆蟲,從幼蟲到成蟲的過程中經過蛹的階段,將幼年的身體砍掉重練。螞蟻蛹分泌的液體顯然來自蛹期分解的身體,可謂原汁原味的液化螞蟻。這些容易吸收的成分,在巢穴中直接轉移給同類,毫不浪費。

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這些幼體原汁原味形成的液體營養豐富,其他會化蛹的昆蟲也會產生類似的產物,為什麼不會把自己淹死,或是被黴菌感染?應該是由於那些昆蟲會將其回收利用,轉化為成年身體的建材。社會性生活的螞蟻卻是直接排放出去,變成其他個體的食物。

同時餵養更老與更小的同儕

成年螞蟻以外,蛹產生的液體也是寶寶的營養補充液。螞蟻幼蟲移動能力有限,成年螞蟻會將寶寶放到蛹的旁邊,方便它們液來伸口。沒有液體也能正常長大,不過有得吃的幼體,生長速度更快、存活率更高。

幼蟲破蛋出生的之後一天,蛹也開始分泌液體。圖/參考資料 1

近來在台灣出名的紅火蟻(Solenopsis invicta)雖然兇狠,卻也是畢氏粗角蟻的菜單美食之一。有個實驗是給予紅火蟻和蛹,讓成年蟻選擇,結果大部份都優先將寶寶放在蛹旁邊,可見它們認為蛹提供的善液,是更佳的育幼食品。

換句話說,螞蟻在幼年階段到成年之間的蛹,同時支持更老與更小的同儕。

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奧妙還不僅如此,和一般印象不同,畢氏粗角蟻沒有特定蟻后,也缺乏男生,所有成員皆為工蟻,再透過孤雌生殖進入生殖時期。

奇妙的是,蟻巢中處於不同階段的螞蟻,時程非常協調。當卵孵化出寶寶的一天後,蛹也開始分泌液體。也就是說寶寶從出生以後,馬上就能獲得營養補充液,概念實在很像哺乳動物的哺乳。

檢視螞蟻大家族 5 大群各自的代表,都觀察到蛹分泌類似的液體。圖/參考資料 1

畢氏粗角蟻只是一種螞蟻,論文還調查螞蟻分類上其他 4 大群的成員,發現各種螞蟻的蛹都會分泌液體,而且內容物極為相似。由此推敲,這是螞蟻大家族的普遍現象,可能在眾蟻尚未分家之前已經存在。

螞蟻巢穴的內部循環如此協調,充分反映出社會性昆蟲的優點,但是同為社會性昆蟲的蜜蜂沒有。這應該是螞蟻演化為社會性的重要一步,卻不是其他社會性昆蟲的特徵。

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想來也很奇妙。人們對螞蟻很熟,研究螞蟻、養螞蟻的人一大堆,可是這回報告的現象儘管普遍,卻只是首度被明確指出。我猜以前應該有人發現這件事,只是沒有深入鑽研。

等待探討的問題,無所不在,只要有心。

延伸閱讀

參考資料

  1. Snir, O., Alwaseem, H., Heissel, S., Sharma, A., Valdés-Rodríguez, S., Carroll, T. S., … & Kronauer, D. J. (2022). The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature, 1-7.
  2. A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae
  3. Anatomy of a superorganism: Ant pupae secrete fluid as ‘milk’ to nurture young larvae
  4. Pupating ants make milk — and scientists only just noticed

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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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。