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鳥:「這毛蟲是假的!」科學家:「但我們發在《Science》上的研究是真的。」

果殼網_96
・2017/09/24 ・2451字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 450 ・四年級

文/蛄螻|生態菜鳥

  • 恐蟲者注意:本文中所有的毛毛蟲都是假的,是假的、假的,覺得是真的一定是眼睛業障重(誤)。
一條放在野外的假毛蟲。攝影:Chung Yun Tak

捏紙黏土發《Science》?聽起來有點天方夜譚的感覺,可是今年5月一篇發表在《科學》雜誌(Science)上的文章的主要研究材料,就是紙黏土捏的[1],而且Science官方網站還在首頁報導[2]  (當然現在估計不在首頁了,不過還是能看到當時的報導)。

來自瑞典的科研人員托馬斯·羅斯林(Tomas Roslin)用製作黏土動畫的黏土製作了2900多個假的毛毛蟲,透過全世界40多個科研人員把這些毛毛蟲放到了從北極到澳大利亞之間不同緯度和海拔的自然環境下,最遠的兩個研究地點之間跨越 11635 m--這個項目還有一個高大上的名稱,叫做「全球假毛蟲計劃」(Global Dummy Caterpillar Project)。

我的老闆中村彰宏(Akihiro Nakamura)2015年被邀請加入這個研究計畫(因為和昆蟲生態學領域內的大老關係很好,所以被牽線),他當時覺得很好玩所以就加入了,於是我也就順帶著也加入實驗(其實我就是打醬油),不過我們當時絕沒有想過會發表在Science上。

我們的實驗是在西雙版納熱帶森林中進行的。實驗連續進行了4天,第一天佈置假毛蟲,隨後三天每天去檢查一遍它們。由於我們當時還有其他實驗要做,版納又是雨季,所以基本上連續一個月每天濕身回去,不過我很享受野外工作。

做實驗時的合影,右二是我,左二比v字手勢的是我的導師。供圖:蛄螻

猜猜看,誰吃了最多的毛蟲?

要問為什麼把這些假的毛毛蟲放在野外​​,主要是為了觀察它們是否「活著」。

這句話聽上去有些奇怪,它們本來就是「死的」,那還怎麼觀察它們是否「活著」呢?其實,雖然我們知道它們是假的,但是自然界的那些捕食者們在咬上一口之前,可不知道這些毛毛蟲是真是假。因為假毛蟲是黏土做的,如果它被咬了,它的體表就會留下咬痕,那麼我們就可以確定它真的「死了」,也就是說這隻毛蟲被捕食者辨認出來是假的。

一般來說捕食者發現被騙後就扭頭走了,所以不用擔心你的實驗材料「被盜」。通過這些咬痕,我們還能分析出是哪種捕食者留下的,比如是鳥,還是螞蟻、老鼠等。而通過觀察某一地區假毛蟲被咬的頻率,我們就知道了這一地區毛蟲的被捕食率,然後就可以比較不同地點毛蟲被捕食率的差異了。

螞蟻(a), 鳥類(b), 囓齒動物(c), 和蛞蝓/蝸牛(d)等在假毛蟲上留下的咬痕。供圖:Global Dummy Caterpillar Project

最終研究者們通過分析發現,從赤道到南北極,緯度每升高一度(或每 111 km)毛蟲的被捕食率下降 2.7 %,最靠近極地的研究地點(格陵蘭島,北緯74.3 度)的毛蟲被捕食率只有赤道地區的 1/8;同時海拔每升高 100 m,毛蟲被捕食率降低 6.6 %。

所以,要想不被吃就待在冷的地方(這好像和《權力遊戲》的劇情不太像呀)!

其實這個研究最主要的結果就是證明了從極地到赤道,物種間的相互作用增強了。當然這項研究也揭示了其他有趣的現象:通常人們想到吃蟲子最多的應該就是鳥兒了,可是在這項研究中發現其實節肢動物--尤其是螞蟻--才是吃蟲子的主力軍。正是這些小螞蟻的辛勤勞動,才使得植物的葉子不被毛蟲吃光,從而使地球保持了綠色呀!

獨實驗不如眾實驗!

如果我們還想從這篇 Science 的文章裡學到什麼的話,那就是要合作。

這項研究在全世界 6 大洲的 31 個地點展開實驗,共有來自 21 個國家的 40 位科研人員參與。透過分發給每個參與人統一的假毛蟲、遵循標準化的實驗流程,使得在較短的時間內獲得了分佈全球的 31 個試驗點的數據。想想如果是你自己做這個實驗,要花多少路費和時間呀!

現在越來越多的生態學家開始研究大尺度上的生態格局和過程,然而單個研究人員或是團隊卻沒有精力去開展相關實驗來回答這些問題。透過設計能被分成許多個小實驗的研究,我們能讓全世界的科研人員參與進來,一起合作闡釋更大格局的問題,發大文章!

蟲一定要做得很逼真嗎?

其實用假毛毛蟲來做實驗並不新鮮,相似的方法已經發表過多篇論文,通過假毛蟲的被捕食率來描述物種間的相互作用,從而闡述更為複雜的生態學問題。

如果你也有一個好的點子需要用黏土來做實驗,你甚至都不用做得像這篇文章中的蟲子那麼惟妙惟肖,哪怕隨便扯一段都行。

做成這樣也算是假毛蟲……真的太敷衍了。圖片來源:參考文獻[3]
請問你還可以再隨便一點嗎?當然可以,請看下面這張圖。

夠隨便了吧,那個三角形的片片是翅膀,身體是被壓在下面的那一條,麵粉捏的。圖片來源:參考文獻[4]
這篇文章中的蟲子身體都不是紙黏土捏的,是麵粉!就這樣一個用麵粉做身體、塑料片做翅膀的獵物,竟然在 96 小時後平均 77 % 都被「吃」了[4]。獵人們,你們捕獵的時候用點心行嗎?

而且請不要侷限於做蟲子,做什麼青蛙[5]呀、蛇[6]呀都可以嘛!當然你也可以用真的活的蟲子[7],只是要想辦法不要讓他們跑掉!

研究者們用來進行研究的黏土青蛙。圖片來源:參考文獻[5]
所以你看,紙黏土是多麼好的實驗材料呀,非常適合那些想法滿天飛,有精力又沒錢的科研工作者。當然,紙黏土作為小朋友們的最愛之一,讓孩子們用它去設計小實驗肯定是樂趣無窮又可以傳播科學知識。

改變顏色、改變氣味、改變形狀,發揮你的想像力,放手去做吧!

(果殼網編輯:婉珺)

參考資料:

  • Roslin et al., 2017 Higher predation risk for insect prey at low latitudes and elevations. Science 356, 742–744.
  • Fake caterpillars reveal the worst places in the world to be prey
  • Katerina Tvardikova,Vojtech Novotny. 2012Predation on exposed and leaf-rolling artificial caterpillars in tropical forests of Papua New Guinea, Journal of Tropical Ecology, doi:10.1017/S0266467412000235
  • J. Carroll & TN Sherratt, 2013 A direct comparison of the effectiveness of two anti-predator strategies under field conditions, Journal of Zoology, 291 (2013) 279–285
  • Stuart YE, Dappen N, Losin N (2012) Inferring Predator Behavior from Attack Rates on Prey-Replicas That Differ in Conspicuousness. PLoS ONE 7(10): e48497. doi:10.1371/journal.pone.0048497
  • Wolfgang Wuster et al., 2004 Do aposematism and Batesian mimicry require bright colours? A test, using European viper markings, Proc.R.Soc.Lond.B 271, 2495–2499
  • Robert L. Jeanne,1979 A Latitudinal Gradient in Rates of Ant Predation,Ecology, 60( 6 ),1211-1224

本文版權屬於果殼網(guokr.com),原文為〈鸟:我可能吃了个假毛虫;科学家:然而我们发了篇真Science〉,禁止轉載。如有需要,請聯繫 sns@guokr.com


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。