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耳朵太差聽不見求偶蛙鳴?南瓜蟾蜍用愛發光找伴侶

彥寧
・2019/07/25 ・2353字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

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有時經過河邊或是水溝,仔細靜下來,就能聽見一陣一陣的蛙鳴聲。可是,你知道有些青蛙,是無法用蛙鳴進行溝通的嗎?

通體橘黃,南瓜一樣的小青蛙

世界上的蛙類百百種,有不斷想要侵略藍星的、也有每天都一直跑出門旅行的,不過,我們今天的主角是——鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。

牠就是本文的主角,鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。 圖/EurekAlert!

鞍背短頭蟾分布在巴西東南部的山地沿海森林,是一種小型青蛙,具體一點來說,牠真的超級小,成體只有 12.5 到 19.7 毫米,跟我們的手指甲差不多大而已。

而牠的俗名則是「Pumpkin toadlets」(直翻就是南瓜蟾蜍),顧名思義,牠的體色跟南瓜一樣,全身都是橘黃的喔!而且虹膜也是黑色的,看起來就像裝了一對假的圓滾滾黑色大眼睛,很可愛的樣子。

大家都知道狐狸怎麼叫,那青蛙呢?

大部分的蛙類高度仰賴聲音來進行溝通,有些蛙類在不同的狀況下,還會發出不一樣的叫聲。比如說,當雄蛙或其他種蛙類嘗試找對象進行假交配,卻不小心抱錯蛙時,被抱錯的蛙會發出釋放叫聲 (Release call),而當牠們被敵人抓住時,則會緊急發出求救叫聲 (Distress call)。順帶一提,去網路上搜尋「screaming frog」就能找到大量的青蛙求救叫聲影片合輯,一開始看覺得滿好笑的,不過後來知道那是求救叫聲後,就越看越難過了。

當被敵人抓住時,也些青蛙會發出求救叫聲。那關於這隻青蛙克明, 泛科學也有做過詳細的介紹喔! 圖/uludagsozlukgaleri

不過今天主要要說的是求偶叫聲 (mating call)。有些青蛙在求偶時會發出特定頻率的叫聲,且蛙類能聽到的聲音頻率範圍很窄,對同種類叫聲頻率特別敏感,尤其雌性常利用叫聲來確定雄性的位置,並選擇適當的交配對象。

那青蛙是怎麼聽到聲音的呢?鼓膜就像是蛙類的耳朵,而鼓膜內面連著耳柱骨 (columella),耳柱骨是兩爬類與鳥類的聽小骨,能將聲音傳入內耳的感覺細胞,再刺激大腦產生聽覺。

聽不見彼此,蟾蜍的愛情也可以很安靜

令人震驚的是,根據一篇 2017 年的解剖結果顯示,鞍背短頭蟾和另一種同一屬的青蛙並沒有中耳骨可以將聲波傳進內耳。所以其實鞍背短頭蟾對同種之間的求偶叫聲非常不靈敏,甚至接近聽不見!

這就奇怪了,既然聽不見,那為甚麼南瓜蟾蜍還要白做工,繼續發出求偶叫聲呢?

聽不見彼此聲音的鞍背短頭蟾,只好轉而仰賴視覺來溝通了。因此,研究團隊推斷,發出求偶叫聲這個行為,之所以沒有隨著演化消失的原因,可能是由於發出叫聲時,蟾蜍的鳴囊也會跟著震動,異性就可以藉由看見鳴囊的震動來判斷「噢!原來牠正在求偶。」

另一方面,南瓜蟾蜍求偶的季節正是沿海森林的雨季!這下子,牠們真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語(鳴囊語?)說愛情了呢XD

在雨季期間求偶的南瓜蟾蜍真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語說愛情,幸福也可以很安靜。 圖/Darius Krause@Pexels

你可能會想,在一整座下雨的森林中,單單只靠鳴囊震動,是絕對不夠讓南瓜蟾蜍在茫茫落葉海中,找到彼此的身影的!許多科學家及生物學家在發現牠們聽不見彼此的求偶叫聲後,也是這樣想的:「究竟他們是靠甚麼來溝通的呢?」

直到研究團隊用紫外線照了鞍背短頭蟾,一切的謎終於被解開了:發光的骨頭

深埋在骨頭裡的光芒

骨頭、發光……聽起來好像是有那麼一點,中二?

不過這可是大發現!研究團隊發現,鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光!大部分生物發光的原因都是由於化學變化,不過,南瓜蟾蜍骨頭發光的原理可不一樣,是因為骨頭的分子能將光反射,且反射光的波長更長。

同時,鞍背短頭蟾的皮膚也非常非常薄,成體的皮膚厚度大約只有 7 微米而已!如此薄的皮膚,才能讓骨頭的螢光順利透出來。

鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光。 圖/The National

至於另一種我們常常想到的「發光生物」──螢火蟲,牠們的發光原理,就是典型的化學反應喔!螢火蟲的發光原理和發光蕈類大同小異,泛科學也有介紹過喔!

發光的骨頭除了能求偶,還能做什麼啊?

關於鞍背短頭蟾的發光現象,還有一點很有趣,那就是年紀比較小的蛙發出來的螢光是偏藍色的,隨著年齡增長與皮膚增厚,螢光會漸漸變黃。研究團隊推斷,發出不同顏色螢光的原因,可能就是骨頭的膠原蛋白含量不同。(作者 OS:搞不好能透過螢光就能看出南瓜蟾蜍的年紀呢!)

另一方面,發光的骨頭不只有求偶作用。

對一些鞍背短頭蟾的掠食者(鳥類和蜘蛛)來說,紫外線都是可見光,意思就是南瓜蟾蜍平常骨頭的螢光,能對掠食者造成警示的效果喔!

原來,蛙兒們就算聽不見彼此的聲音,也能靠著發光找到對方,聽起來是不是有點浪漫呢?

鞍背短頭蟾骨頭的螢光能對掠食者造成警示的效果。 圖/NYU Abu Dhabi Postdoctoral Associate Sandra Goutte

參考資料

  1. The National – Abu Dhabi researchers discover toad’s ability to glow in the dark
  1. Amphibia Web – Brachycephalus ephippium
  1. 維基百科 – Pumpkin toadlet
  1. 楊懿如的青蛙學堂 – 鳴叫
  1. Types of frog calls
  1. 維基百科 – 耳柱骨
  1. Scientific Reports – Evidence of auditory insensitivity to vocalization frequencies in two frogs
  2. Science News – Tiny pumpkin toadlets have glowing bony plates on their backs
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彥寧
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比起鯛魚燒,我更喜歡章魚燒。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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【2022 年搞笑諾貝爾生物獎】斷尾便祕的蠍子傳宗接代?!
胡中行_96
・2022/09/26 ・2611字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「我覺得便祕對求偶過程的影響不大,雄性還是魅力無限,能夠誘惑雌性。……而雌性依然可以生產,只是胎兒數量較少,因為體內充滿糞便。」2022 年搞笑諾貝爾的生物獎得主 Solimary García-Hernández 與 Glauco Machado,手舞足蹈地在視訊頒獎典禮上,拿著蠍子填充玩具認真解說。[1]

2022 搞笑諾貝爾獎頒獎典禮,從 24:08 起為生物獎的段落。影/參考資料1

得獎原因

來自哥倫比亞和巴西,[2]目前任職於巴西聖保羅大學的學者 Solimary García-Hernández 與 Glauco Machado,[3]得獎的理由是「研究便祕如何影響蠍子求偶」。搞笑諾貝爾獎的官網上,列出了三份他們合寫的論文,主題是斷尾又便秘的蠍子,分別在獵食、運動以及生育方面的情形。[2]首先,就讓我們來探討失去尾巴與排便不順之間的關係。

斷尾造成便祕

許多動物在受到掠食者威脅時,會有「自割」(autotomy)的行為。牠們主動切斷自己身體的一部份,例如:蜥蜴的尾巴或蜘蛛的腿,然後趕快逃跑。Ananteris 屬的蠍子也會斷尾求生,自然情況下這麼做的雄性多於雌性。[4]斷肢的重量佔全身的 25%,[3]脫落後多少還能抖一會兒,甚至試圖刺傷他人。儘管截面的傷口在 5 天內便會癒合,往事卻只能追憶,組織不再重生。偏偏牠們的肛門和螫針(aculeus 或 stinger)長在消失的尾巴末端,自此滿腹糞便,武功盡棄,慘度餘生。[4]

雄性 Ananteris solimariae 斷尾後:A. 一小時,正流失體液;B. 一天;C. 二天;D. 三天,疤痕開始出現;E. 四天;F. 五天,停止流失體液,疤痕長成;G. 十天,疤痕顏色變深;H. 二十五天,疤痕完全定型。圖/參考資料4,Figure 2(CC BY 4.0)

斷尾影響獵食

「食色性也。」食擺在色前面,要先吃飽才有體力做愛。根據 García-Hernández 和 Machado 的論文,雄性 Ananteris balzani 自割後,制伏小型獵物的成功率從 90% 降到 17%;對大型獵物則由 47% 落至 1%。相較之下,雌性的表現沒那麼悲催,殺戮小型獵物的勝算頂多從 98% 掉到 93%;而針對大型獵物時,則自 97% 減為 70%。除了最終結果,狩獵所需的時間也會因自割而延長,並且在攻擊大型獵物時,尤為明顯。於是,食物來源被狩獵技巧失常所侷限,特別是斷尾的雄性,從此主要以攝取小型獵物為生。[5]

斷尾與移動速度

吃飽有了體力,那也要「追」求得到心儀的對象,才有機會發生性關係。A. balzani 自割後,無論是正常飲食或營養過剩,而有不同程度的便祕,其移動的快慢皆無差異。此外,牠們短期內奔跑的速度不變;但長期來說,雄性就顯得遲緩,使得尋找性伴侶的路途較為艱辛。[3]不過話說回來,Ananteris 屬的蠍子從失去肛門到便祕致死,最多有 8 個月的餘命,[4]努力點應該還是有機會繁衍下一代。[3]

斷尾前後的雄性 Ananteris balzani。圖/參考資料4,Figure 1(CC BY 4.0)

就在克服身體殘疾的雄性蠍子,好不容易把自己餵飽,並奮力追上雌性的那一刻,關鍵的問題來了:蠍子求偶要用到尾巴![6]

斷尾後的性生活

García-Hernández 與 Machado 為 A. balzani,準備玻璃洞房(長 20 x 寬 10 x 高15公分),裏頭舖有潮濕的細沙、木片和素燒板,並打上浪漫幽暗的燈光。外部的上方和側邊,各架設一台 SONY 攝影機,詳實記錄性愛過程。撇除 27.5% 因為雌性可能已經懷孕而相親失敗,多數蠍子都在一小時內展開親密互動。[6]從 García-Hernández 上傳 YouTube 的論文附帶影片,可見 A. balzani 求偶,大略有三個步驟:

  1. 興奮擺尾:先天體型較小的雄性向巨大的雌性靠近,開始搖動尾巴。就算已經自割的雄性,還是會努力揮舞僅存的殘肢。[7]
  2. 雙蠍跳舞:雄蠍子用自己螯狀的觸肢(pedipalps)與雌蠍子的相扣,再拉著對方往自己這頭倒退。期間雙方口器上像是迷你鉗子的螯肢(chelicerae),猶如親吻般互相碰觸。[4, 7](螯肢其實長得不像螯,只是一對尖尖小小的東西。)
  3. 傳遞精子:一般來講,接下來雄蠍子會將盛裝精子的精胞(spermatophore),排到體外的某個適當地點,[4]然後再把雌蠍子推向那裡。雌蠍子的體重壓得精胞稍微變形,精子便進入牠的生殖器。[8]上述有些細節在影片中不太清楚,[7]但是由於 A. balzani 的精胞是透明的,科學家可以等牠們完事後,用立體顯微鏡檢查到底是成功了,還是有幾隻精子沒被帶走。[6]

在第三個步驟裡,雄性 A. balzani 需要用尾巴末端的螫針撐住地面,奮力一推。實驗中,斷尾者毫無障礙地以殘肢的最後一節替代,[7]而且精子仍有機會被雌性全數打包[6]可謂此生無憾。然而,往後命運艱苦的卻是大腹便便,卵糞滿懷的雌蠍子。基於斷尾後提高的死亡率和下降的生育力,牠們產出子代的數量,比健全的雌蠍子少了 35%。[6, 9]

論文附帶的 A. balzani 性愛紀錄短片:有別於雄性,雌蠍子的尾巴健全,因為科學家事後才脅迫牠們斷尾。[6]影/參考資料7

求愛的意志

搞笑諾貝爾獎的中心思想是「乍看好笑,卻又發人省思」。[2]A. balzani 為了活命而自割,於便祕的痛苦中求愛,又趕在死前傳宗接代。牠們殘而不廢,越挫越勇的精神,是否激起了各位科學宅的生存與戀愛意志呢?

  

延伸閱讀

科學宅的戀愛契機:「同類交配」理論

如何選擇「基因交友軟體」?——影集《真愛基因》的現實

參考資料

  1. The 32nd First Annual Ig Nobel Prize Ceremony’. (15 SEP 2022) Improbable Research on YouTube.
  2. The 2022 Ig Nobel Prize Winners’. (15 SEP 2022) Improbable Research.
  3. García-Hernández S, Machado G. (2021) ‘Short- and long-term effects of an extreme case of autotomy: does “tail” loss and subsequent constipation decrease the locomotor performance of male and female scorpions?’. Integrative Zoology, 17(5): 672-688.
  4. Mattoni CI, García-Hernández S, Botero-Trujillo R, et al. (2015) ‘Scorpion Sheds ‘Tail’ to Escape: Consequences and Implications of Autotomy in Scorpions (Buthidae: Ananteris)’. PLOS ONE, 10(1): e0116639.
  5. García-Hernández S, Machado G. (2020) ‘‘Tail’ autotomy and consequent stinger loss decrease predation success in scorpions’. Animal Behaviour, 169, pp.157-167.
  6. Garcia-Hernandez S, Machado G. (2020) ‘Fitness implications of nonlethal injuries in scorpions: females, but not males pay reproductive costs’. Dryad, Dataset.
  7. García-Hernández S. (18 NOV 2020) ‘Courtship behaviour of intact and autotomized males of the scorpion Ananteris balzani’. YouTube.
  8. Olivero PA, Vrech DE, Oviedo-Diego MA, et al. (2019) ‘Courtship performance as function of body condition in an ‘ancient’ form of sperm transfer’. Animal Biology, 69 (1): 33-46.
  9. García-Hernández S, Machado G. (2021) ‘Fitness Implications of Nonlethal Injuries in Scorpions: Females, but Not Males, Pay Reproductive Costs’. The American Naturalist, 197, 3.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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頭好撞撞追求女生的「獬豸鹿」,和長頸鹿脖子變長有什麼關係?
寒波_96
・2022/08/31 ・2359字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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長頸鹿最顯眼的特色莫過於長脖子。牠們祖先的脖子沒有那麼長,從短頸鹿變成長頸鹿是為什麼呢?一般說法是長脖子有利於覓食,天擇有優勢。然而一篇 2022 年的論文,報告一款長頸鹿的遠古親戚之餘,還主張脖子變長和性擇有關:男生脖子長有利於求偶。此一論點能相信嗎?

長頸鹿男生用脖子互撞,是爭取女生的手段之一。圖/參考資料 1

頭好撞撞向女生求愛!

進入主題以前,先請大家動動腦:分類學中,馬是馬科,人是人科,豬是豬科,牛是牛科,羊是牛科(!),鹿是鹿科,長頸鹿是哪一科?

這個問題很容易答錯,正確答案是:長頸鹿就是長頸鹿科(Giraffidae)。

多數人大概根本不知道有個長頸鹿科,它如今獸口單薄,只剩下住在非洲的長頸鹿、㺢㹢狓兩群。不同人對於長頸鹿有幾個物種見解不一,反正就是一群類似的長頸鹿。㺢㹢狓的知名度很低,許多人是從博客來 Okapi 網站的吉祥物認識牠。㺢㹢狓沒有長脖子,這點與許多長頸鹿科的古代親戚類似。

長頸鹿科及其近親們,古時候的多樣性遠勝現在。獬豸鹿便是其中一員,牠們住在中新世(Miocene)早期, 約莫 1700 萬年前的新疆。多年下來古生物學家在準噶爾盆地蒐集到幾件化石,可以推測獬豸鹿的體型,以及腦補頭部、頸部的狀況。

獬豸鹿男生想像圖。圖/參考資料 3

新發表的論文將其定義為新的物種:Discokeryx xiezhi,屬名和種小名都是新的。屬名 Discokeryx 的英文意思為 round-plated horn,可以翻譯作圓板角;種小名 xiezhi 則來自傳奇上古神獸「獬豸」,本文皆稱之為獬豸鹿,唸作蟹智露

研究者根據化石認為,獬豸鹿的頭部、頸部適應衝撞,頭好撞撞的戰鬥值很高,男牲求偶時可能用衝撞來爭搶女牲。會用腦袋撞來撞去的動物並不罕見,論文分析後主張,獬豸鹿的撞擊能力可謂難波萬,比所有古今的牛、羊、馬、豬都更能撞。

不過接下來的推論乍看有點神奇:脖子長有利同性競爭,於是愈來愈長變成長頸鹿!?

獬豸鹿、長頸鹿,與眾多親戚們的演化關係。圖/參考資料 1

向女生求愛,使得脖子長?

關於這點,其實沒有比較明確的證據。論文的思路是,長頸鹿古早近親們在頭部、頸部變化的花樣不少,堅頭曼們競爭女生的性擇力量,應該是適應的一大影響力。長頸鹿祖先的脖子變長,或許就是為了求偶有優勢。

長頸鹿和獬豸鹿的親戚關係如何?應該沒有直接關係。獬豸鹿住在 1700 萬年前的新疆草地,長頸鹿脖子變長則發生在 500 萬年前的非洲草地,算是上新世(Pliocene)早期。沒有證據支持獬豸鹿是長頸鹿的直系祖先,兩者頸部是獨立演化,適應方向也不一樣。

獬豸鹿和長頸鹿的年代差距非常遠。圖/參考資料 1

然而,論文很努力類比,強調兩者的相似。假如頭、頸適應的主要驅動力是性擇,獬豸鹿超耐撞是性擇所致,那麼長頸鹿脖子超長也有機會是性擇造成。

動物吃進不同的食物,會影響身體構造的成分,能夠由穩定同位素判斷飲食組成。對新疆獬豸鹿的牙齒分析得知,牠們當年應該住在乾燥的草地,也許乾旱到其他大型動物都不太能生存。

現在的長頸鹿也時常住在資源稀缺,不太有牛、羊的棲位。苦行的邊緣路線,或許是長頸鹿及其部分古代親戚的特色。

獬豸鹿生活的生態系想像圖,牠們或許能住在比其他動物更邊緣的棲位。圖/參考資料 2

一項特徵的演變,受到性擇影響之外,也可能涉及天擇。論文的說辭是,長頸鹿脖子變長一開始為性擇影響,尺寸增長有利於獲得女生歡心;脖子變長以後更容易取得資源,也對天擇有利。所以長期看來性擇、天擇兩個方向,都支持脖子延長的趨勢,也衍生出如今的長頸鹿。

不過這件事和獬豸鹿有關係嗎?好像沒有。

長頸鹿的脖子變長,和男牲競爭女牲有關嗎?這題交給各位讀者自行判斷。

延伸閱讀

參考資料

  1. Wang, S. Q., Ye, J., Meng, J., Li, C., Costeur, L., Mennecart, B., … & Deng, T. (2022). Sexual selection promotes giraffoid head-neck evolution and ecological adaptation. Science, 376(6597), eabl8316.
  2. Strange fossil solves giraffe evolutionary mystery
  3. How the giraffe got its neck: ‘unicorn’ fossil could shed light on puzzle
  4. This ancient giraffe relative head-butted rivals with an ‘amazing sexual weapon’

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