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白堊紀植物改朝換代,昆蟲們如何因應?問問嚼嚼花粉的琥珀甲蟲吧!

蕭昀_96
・2018/06/25 ・2513字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

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白堊紀(Cretaceous),可說是被子植物的時代。被子植物從白堊紀早期開始適應輻射,其多樣性在此時期爆炸性的成長,到了白堊紀晚期時被子植物已成了陸地植群的主宰,許多現生的科群也已然誕生。而相較於「花花世界」的絢爛,在此之前的中生代前期則是裸子植物和蕨類植物的世界,陸地森林充滿了蘇鐵、本內蘇鐵、銀杏和松柏等植物。

植物這樣大規模的「改朝換代」如何影響與其共生的昆蟲們呢?透過琥珀化石,我們可能得到了一點線索。

中生代的森林充滿了高大的裸子植物。 圖/12019 @Pixabay

來自白堊紀的琥珀化石:馬氏達爾文擬天牛

在西班牙北部的巴斯克─坎塔布連盆地,可以找到出產自白堊紀時期的琥珀化石,其年代估計約在 1.05 億年前,比近年在古昆蟲學界相當夯的緬甸琥珀估計為 9900 萬年前來得更早。2017 年一篇刊載於《支序分類學》(Cladistics)的論文中,揭露了一塊特別的巴斯克─坎塔布連盆地甲蟲琥珀化石:這隻甲蟲的周圍佈滿了花粉(甚至有一些還附在蟲體身上)。學者推測,這位苦主當時正在大口嚼著花粉餐,卻在吃得滿嘴都是時,倒楣地被樹脂給包埋,成為了時空凝結的可憐蟲。

被包埋在琥珀中的甲蟲苦主。研究人員們認為這隻甲蟲是在取食花粉時被包覆進樹脂,由於蟲體掙扎和樹脂流動而使花粉脫離身體,其右圖綠色箭頭方向為樹脂的流向,可看出花粉漸漸散開呈現一圓錐狀。 圖/原始論文

透過比較形態學,研究人員認為這隻甲蟲隸屬於擬天牛科(Oedemeridae),是本科最古老的化石紀錄。本種被命名為馬氏達爾文擬天牛(Darwinylus marcosi Peris),其屬名字首以達爾文命名,種小名則紀念作者的兒子馬可仕。擬天牛科為小、中小型甲蟲,軀體、足部修長而身體柔軟,觸角細長,前胸背板前寬後窄;成蟲白日會出現在花或葉面上,喜訪花取食花粉;部分類群像是芫菁會分泌毒素芫菁素(Cantharidin) 接觸到肌膚會造成起水泡、潰爛。

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現生的擬天牛喜訪花,很容易在花間觀察到。圖/Pollinator [CC BY SA-3.0] via wikipedia

白堊紀有哪些昆蟲幫裸子植物授粉?

研究人員更進一步對這個化石物種的形態和古生物學角度的剖析,探討其演化意義。2017 年稍晚,同篇文章作者領頭的研究團隊在《當代生物學》(Current Biology)再次發表了針對馬氏達爾文擬天牛的古生物學研究,探討訪花甲蟲與裸子植物間的授粉關係及演化歷史。

這次,研究團隊先確認了「這些花粉是否真的是屬於裸子植物的?」。透過植物孢粉化石的研究和微細結構的比對,這些花粉被認為屬於單槽粉屬(Monosulcites)(下圖),雖然單槽粉屬實際上除了包含各種不同的中生代裸子植物的花粉,在一些少數的例子裏,有一些被子植物的花粉也被歸類到單槽粉屬,然而由於這些被子植物單槽粉屬的化石在年代上均是新生代,因此研究團隊確認該琥珀化石中的這些花粉應是屬於裸子植物的花粉。

琥珀中的花粉屬於單槽粉屬(Monosulcites)。 圖/原始論文

在確認包裹馬氏達爾文擬天牛的的確是裸子植物的花粉後,文章作者接著探討達爾文擬天牛屬與裸子植物間的交互關係。

在此之前,與中生代裸子植物授粉有關的昆蟲依口器和取食方式分為三類:

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  • 透過吸管狀的長喙吸食裸子植物的授粉滴(Pollination Drops),這類昆蟲包括了:雙翅目張氏擬樹虻科 (Zhangsolvidae)的華麗喇叭虻(Buccinatormyia magnifica)、脈翅目麗蛉科(Kalligrammatidae)的猛暴麗蛉(Kallihemerobius feroculus) 和 艷麗中生脈翅蛉(Meioneurites spectabilis)。
  • 利用唇瓣舔吸授粉滴的雙翅目昆蟲,如:帕洛蠅屬(Paroikus)。
  • 使用口錐對植物體進行銼吸的纓翅目食孢薊馬科(Merothripidae)裸子粉授薊馬屬 (Gymnopollisthrips),包含大裸子粉授薊馬(G. maior)和小裸子粉授薊馬(G. minor)。

透過形態觀察,研究人員發現馬氏達爾文擬天牛的口器屬於咀嚼式口器;這點與原先的三種分類不同,卻與現生的擬天牛一樣:利用強壯的大顎啃食花粉。因而亦可能扮演著協助傳播花粉的角色,進而被認為是第四種中生代裸子植物的授粉形式。

馬氏達爾文擬天牛(Darwinylus marcosi Peris, 2016)的古生態學復原圖,其體表佈滿了裸子植物的花粉。 圖/原始論文。

植物大規模改朝換代,活下去或是我跟你走?

然而現生的擬天牛科成員常見於被子植物的花叢間,與裸子植物沒有明顯的伴生關係。那麼,又是什麼讓我遇見這樣的你?

白堊紀中期,有段全球性震盪期被稱為阿普第─阿爾布間斷期(Aptian-Albian gap),約在 1.25 億到 9 千萬年前。從化石紀錄來看,這段期間中原本優勢的裸子植物多樣性驟降,而被子植物則漸漸興盛,可謂改朝換代。此時站在命運交叉點的裸子植物伴生昆蟲們當然也面臨了生存挑戰,某些類群出現了新的策略,當然也有一些維持原來的生存方式,迎來了不同的結局和未來 (如下圖)。

某些昆蟲的類群因此在演化的歷史上滅絕,如:張氏擬樹虻;另一些昆蟲則繼續維持與裸子植物的伴生關係、存續至今,如現在還存在的食孢薊馬。當然,還有另外一些昆蟲的寄生對象則由裸子植物轉移到被子植物。如今在花間依然常見的擬天牛,由這次的琥珀化石暗示我們的,很可能就是成功由裸子植物拓殖到被子植物,度過嚴峻考驗、從此生生不息綿延昌盛的好例子。

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歷經裸子植物多樣性急遽下降,而被子植物則漸漸興盛的阿普第─阿爾布間斷期,與裸子植物伴生昆蟲們面臨了生存上的考驗,迎來了各式各樣的結局。 圖/原始論文

論文連結:





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蕭昀_96
22 篇文章 ・ 17 位粉絲
澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,目前是國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。

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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

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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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草莓是果實還是種子?又或者……以上皆非?——「112年會考自然科考題」
椀濘_96
・2023/09/22 ・858字 ・閱讀時間約 1 分鐘

112 會考甫結束,自然考科中有題非常令人印象深刻……。

自然科第 35 題。圖/國立臺灣師範大學心理與教育測驗研究發展中心

原來我們吃的草莓不是以為的「果實」,那個紅紅的果肉是其實是草莓的花托,而上面黑色的點點也不是「種子」,而是果實本人!至於真正的種子呢?當然是在那些黑黑的果實裡啦~

這似乎顛覆我們的印象,以為日常生活中所吃的水果果肉就是植物的果實,究竟這當中又藏著什麼奧秘呢?若想進一步完整理解草莓,就得從果實的構造及分類說起。

果實為被子植物的生殖器官之一,當雌蕊中的胚珠完成受精作用後,子房便逐漸發育為果實,胚珠則發育成種子。有些植物的花托、苞片、花萼等構造會與子房外壁癒合,並隨之生長而膨大,成為果實的一部分;例如這次的主角——草莓。

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接著我們談談果實的分類。可依據發育、構造、型態的不同,分為:橘子的「柑果」、水蜜桃為「核果」、杏仁屬於「堅果」等等,至於草莓則被歸類在「瘦果」及「聚合果」。

花的解剖構造。圖/維基百科

現在我們要先將草莓紅紅的果肉剔除,只剩下單獨一粒粒黑黑小小的果實。「瘦果」(achene)顧名思義,型態硬而細小,其內僅有一粒種子,除了草莓外,常見的如愛玉子、向日葵的瓜子。

屬於「聚合果」(又稱「聚心皮果」,為複合果實的一種)的植物則是一朵花中有多個(兩個以上)離生的雌蕊,花的萼片(花萼)、花托一同參與了果實的發育,最終膨大癒合形成肉質果肉;另外,其果實被分類在聚合果的植物,常見的有釋迦、覆盆莓。

其實除了草莓還有許多我們意想不到,所吃的水果果肉並非單單只有果實本人,例如鳳梨、桑葚、香蕉、無花果……等等;它們也都和草莓一樣,由於果實發育的方式,所造就了如此特別、豐富型態,等著我們一一去認識!

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椀濘_96
12 篇文章 ・ 20 位粉絲
喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)