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這是什麼觸手play?「發香器」黑條灰燈蛾獨特又迷人的器官

柏諺_96
・2017/10/29 ・2129字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

媒體總尋覓著吸睛的事物來爭取觀眾的目光,此時無奇不有的生物往往是絕佳素材,好比鯙科魚類如異形般的咽顎(pharyngeal jaw)、海龜喉嚨中令水母插翅難逃的肉刺、槍蝦那相當太陽表面的高溫拳擊等等,而同樣作為每隔一陣子就再度占盡風采的黑條灰燈蛾(Creatonotos gangis)絕對讓人印象深刻。

黑條灰燈蛾(Creatonotos gangis),圖/by David Smiley. (2014). Coremata. BunyipCo。

黑條灰燈蛾是廣泛分布在東南亞與北澳洲的生物,在台灣亦能見到他的身影,然而這個神祕的器官可絕非由他獨佔,事實上早在 1990 年甚至更早,就有人描述過[1]這個構造——發香器(Coremata)。眾所皆知,費洛蒙訊息在鱗翅目的溝通上扮演著不可或缺的腳色,而既然觸角是用來接收費洛蒙訊息,那麼自然也有個構造是用來發布囉。

發香器上直立起來的發香鱗。這個構造是中空的,內部會儲存費洛蒙。圖/by Davenport, J. W., & Conner, W. E. (2003). Dietary alkaloids and the development of androconial organs in Estigmene acrea. Journal of Insect Science, 3(1), 3.

隨著類群與時代不同,用來描述這個結構的名稱也各有不同,諸如發香器(coremata)、毛筆器(hair pencils)、香鱗器(androconial organs)、節間毛(costal hairs)、香葉(scent fans)或史托貝腺(Stobbe’s gland)等等。例如在燈蛾亞科(Arctiinae)上比較常用的是發香器(coremata)這個名詞,而在斑蝶亞科(Danainae)上多以毛筆器(hair pencils)稱之,但換湯不換藥,說的就是雄性蝶蛾類用來散播性費洛蒙的這個器官。

發香器可不是隨時都這麼硬梆梆的(?) source:Wikimedia

發香器可不是隨時都這麼硬梆梆的(?),平時發香器會收納在腹部第七、八體節間,這個膜狀器官只有在求偶時,才會經由氣孔充氣鼓脹起來;在繁殖季可就精彩了,以鹽澤燈蛾(Estigmene acrea)為例,牠們會群聚在一起,在性費洛蒙的刺激下,雄蛾們會競相展示(lekking)自己雄偉的發香器,雌蛾們則在其間選擇交配對象,想想到處都是發香器的畫面是不是充滿魔性呢?當發香器鼓脹起來時,上方細毛般的特化鱗片——發香鱗(scent scales)便會立起,中空的發香鱗便能藉此揮發出儲存在內的性費洛蒙啦。

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除此之外在諸多觀察[6]裡也發現,在禦敵時發香器也會鼓脹而出,筆者推測這也許與性費洛蒙的由來有關。[註一]

平時發香器會收納在腹部第七、八體節間而不會隨時都硬梆梆的,圖/by David Smiley. (2014). Coremata. BunyipCo。

鱗翅目的性費洛蒙並不是由單一化合物所構成,不同的物種各有不同比例的費洛蒙配方,這也是不同物種間相互辨識的重要依據之一。而其中 hydroxydanaidal 便是代謝自飲食中的植物鹼——吡咯里西啶類生物鹼(Pyrrolizidine alkaloids, PAs),這種帶有苦味的植物鹼廣泛存在於 11 科超過 300 種的植物上。

這植物鹼一般而言是用來對抗昆蟲啃食的化學防禦武器,但在大自然裡一物剋一物,偏偏就有些蝶蛾專門對這些植物胃口大開(phagostimalatory),此舉除了能避免與其他物種競爭食物以外,他們更進一步將 PAs 代謝成重要的性費洛蒙,或許這強烈的氣味也意外讓獵食者退避三分吧?[註一]

燈蛾科多采多姿的發香器們,圖/by Androconial Organs in Arctiine Moth. Chair of Forest Zoology and Entomology.。

出乎意料的是,PAs 不僅作為性費洛蒙的原料,更直接影響了發香器的發育。[2]在實驗中,科學家餵食幼蟲含不同濃度 PAs 的食草,結果成蟲發香器的尺寸出現了顯著差異,值得注意的是個體間的整個身體質量(overall body mass)卻沒有顯著差異。雖然目前相關生理機制還未明,不過可以確定的是幼蟲期 PAs 的攝取量,會直接影響發香器的發育,進而參與了繁殖成功與否──發香器不發達的雄蟲不僅難以找到配偶,甚至根本就無法體現相關求偶行為。這也說明了為何過去在人工飼養下難以表現在野外的繁殖行為,因為從食草上疏忽了 PAs 的重要性,尤其對廣食性的物種來說更是如此。

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有趣的是,越大的發香器也代表著該雄蟲體內有著更高含量的 PAs,而倘若我們搭配上某些燈蛾特別的交配行為還真讓人拍案叫絕。以響盒蛾(Utetheisa ornatrix)為例的研究指出[3],他們在交配時雄蛾傳遞給雌蛾的不僅是精子——你猜對了,還有 PAs。這些 PAs 會用在卵身上,因此在尚未出世以前,蛾寶寶可就已經罩在 PAs 傘下,讓捕食者倒盡胃口呢。

下次在野外看到牠們時,可別打擾人家脫魯啦。

source:Juan Manuel Sánchez
  • 本文原刊載於作者臉書,經授權、編修後轉載。

延伸閱讀:

以白雪燈蛾(Chionarctia nivea)展示發香器的膨發。即便是標本,從胸口通氣進去也一樣能夠撐起發香器,可以留意尾部一開始團簇在一起的發香鱗(鵝黃細毛)是如何展開的喲。

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備註:

[註一]寫稿時尚未尋得進一步佐證防禦行為的相關描述,在多數論文裡僅提到了此行為亦兼具了防禦作用,因此此段與次段所撰性費洛蒙在防禦行為上之關聯,僅為筆者猜測,並非經過嚴謹實驗證明之論述。

參考資料

  1. Birch, M. C., Poppy, G. M., & Baker, T. C. (1990). Scents and eversible scent structures of male moths. Annual review of entomology, 35(1), 25-54.
  2. Davenport, J. W., & Conner, W. E. (2003). Dietary alkaloids and the development of androconial organs in Estigmene acrea. Journal of Insect Science, 3(1), 3.
  3. LAMUNYON, C. (1997). Increased fecundity, as a function of multiple mating, in an arctiid moth, Utetheisa ornatrix. Ecological Entomology, 22(1), 69-73.
  4. Nishida, R., Schulz, S., Kim, C. S., Fukami, H., Kuwahara, Y., Honda, K., & Hayashi, N. (1996). Male sex pheromone of a giant danaine butterfly, Idea leuconoe. Journal of chemical ecology, 22(5), 949-972
  5. Roscoe, L. E., Silk, P., & Eveleigh, E. S. (2016). Evidence of male hair pencil pheromone in Choristoneura fumiferana (Lepidoptera: Tortricidae). Journal of Insect Science, 16(1).
  6. William E. Conner. (2009). Tiger Moths and Woolly Bears– Behavior, Ecology, and Evolution of the Arctiidae. USA. Oxford University Press.
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文章難易度
柏諺_96
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大學念生科系,碩班是生科所,喜歡以生物冷知識和迷因推翻大家的三觀。

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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