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追蹤旋轉、吐泡泡、一網打盡!利用水泡網來捕獵的座頭鯨

Lea Tang
・2019/11/13 ・1815字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 485 ・五年級

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說到座頭鯨,除了著名的愛唱歌,你知道牠們還會用「泡泡陣」來捕魚嗎?

上面的影片就可以聽到座頭鯨的歌聲。

座頭鯨(Megaptera novaeangliae)屬於鬚鯨亞目,成鯨平均體長約為 12-16 公尺、25-30 噸重,因為特殊的駝峰體型與可達 1/3 體長的胸鰭,又名大翅鯨或駝背鯨,台語俗稱為「海崎」。

牠們平常生活在寒冷的極區,主要捕食磷蝦及小型魚類。夏天——在短短的五到九月間,座頭鯨一天會花上二十二小時的時間大吃特吃,以確保儲存足夠的脂肪因應冬天。

座頭鯨的屬名來自希臘文 μεγα-πτερα ,意思是大型的翅膀。圖/publicdomainpictures

冬天的座頭鯨是不進食的,因為鯨魚們有著更為重要的使命,就是由高緯的覓食場往溫暖的熱帶、亞熱帶育幼場移動。這是一種季節性的遷徒,低緯度溫暖的海水可以讓還不能抵禦嚴寒的初生幼鯨平安長大。

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台東成功海域出現的座頭鯨母子。圖/公共電視新聞

座頭鯨通常單獨生活,鯨群的社會結構關係並不緊密,就算偶而三倆結伴,也僅維持幾個小時。然而,為了更有效捕捉獵物,群體生活的時間在夏天會維持比較久。

繁複高超的圓形泡泡陣

夏威夷大學以特殊的吸附型相機和航拍機,拍到難得一見的畫面。

泡泡網捕獵(Bubble-net feeding)是一種獨特而且複雜的攝食行為,目前只有在座頭鯨和布氏鯨身上可觀察到:

座頭鯨在經過定位魚群後,以團隊合作的方式一邊從下方逼近獵物,一邊用泡泡圍捕被驚擾的魚群。

泡泡網捕獵是少數在海表進行的獵捕方式,且相當仰賴群體合作,參與個體數從兩、三尾到六十幾尾不等。值得注意的是,並不是每一尾座頭鯨都知道如何捕獵。

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牠們需要經過後天學習。

鎖定目標、迫近、吐泡泡

首先,領導者負責尋找目標魚群。一旦發現目標,領導便會吐出泡泡並發出鳴叫引導鯨群跟隨。就像賽跑前的槍響,鯨魚們接續加入,一邊從下方逐漸迫近魚群、一邊構築泡泡網。

利用追蹤器紀錄座頭鯨獵捕的移動軌跡。圖/夏威夷大學

突如其來的聲響和氣泡使得魚群驚慌逃竄,氣泡牆就在此時派上用場:阻斷魚群的逃生路線。

一般氣泡網的直徑範圍約三到三十公尺,就像漁夫把魚網灑拋入海,再慢慢提起,隨著魚網上移,網子的直徑也越來越小。同樣道理,座頭鯨製作的氣泡牆越來越窄,把魚群集中在一塊。

大嘴一張,享用美食

隨著魚群越來越集中,收網的時刻到了。鯨群們聽到由領導發出的結束信號,便張大嘴向海面衝去。

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在阿拉斯加海域,15 尾座頭鯨的捕獵已經告一段落。圖/wikipedia

這個動作被稱為衝刺進食(lunge-feeding),牠們先是朝獵物衝刺,然後一口吞下魚群和大量的水。為了讓這一大口達到最大的效益,座頭鯨下頷到腹部間有 12~36 道喉腹褶(throat grooves),可以容納足夠多的水和魚群。最後水會透過鯨鬚排出去,只留下魚在嘴巴裡。

有時候也會出點意外?

由於座頭鯨沒有牙齒,再加上牠們的喉嚨只有葡萄柚大小,無法吞下太大的東西,小型甲殼類和群游小型魚是牠們的主要目標……

但這種彷彿閉著眼睛吞東西的舉動偶而也會出現意外。

當然也是會有這種時候啦★圖/CHASE DEKKER

一隻海獅在被吞入鯨魚腹中的前一秒被生態攝影師 Chase Dekker 所拍下。從照片中海獅的表情看來,牠顯然對這發展感到出乎意料。

其實這類意外並不常見,因為掠食者們會盡量錯開彼此的用餐時間。比方說,在鯨魚衝刺前,海獅會先離開。至今為止,生物學家紀錄的到的誤食事件也都和海鳥有關。

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若是不甚誤食,鯨魚也會張開嘴把異物排除。那麼這隻海獅最後怎麼樣了呢?生物學家們相信強壯的海獅並不會被誤吞弄傷,而鯨魚的嘴巴也沒有脆弱到會被海獅的動作造成傷害。

所以請別擔心,結局是──兩方皆相安無事。

參考資料:

  1. Whale bubble-net feeding documented by UH researchers through groundbreaking video
  2. Whales’ Bubble Net Fishing | Nature’s Great Events | BBC Earth
  3. Humpback_whale. wikipedia
  4. How a humpback whale ended up with a sea lion in its mouth
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Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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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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【成語科學】噤若寒蟬:為什麼蟬在冬天不會叫?
張之傑_96
・2023/10/18 ・1085字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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章老師寫這篇「噤若寒蟬」時,適逢 6 月初,住在美國東部的同學傳來十七年蟬的影片。一般的蟬,幼蟲在土裡生活 1-5 年;十七年蟬的幼蟲(若蟲)卻在地下生活 17 年!今年的大發生過後,下次是 2038 年。

十七年蟬大發生時,數以億計的蟬傾巢而出,鳴聲震天,排泄物落如雨下,這時人們出門都要打傘,在戶外舉行的婚禮、球賽和其他活動均被迫延期或改在室內。

十七年蟬大發生時,數以億計的蟬傾巢而出,鳴聲震天。圖/giphy

不過喧鬧不出 3 個星期,十七年蟬交配、產卵後就會死去,新的一輪生命週期又開始了。

蟬屬於半翅目、蟬科。一般的蟬,不會像十七年蟬般集體行動。到了夏季,幼蟲陸續的從土裡鑽出來,然後爬到樹上,抓著樹幹,脫掉蟬殼(蟬蛻),羽化為成蟲。蟬的成蟲壽命很短,通常不到一個月。雄蟬羽化出來後,一俟翅膀硬了,就開始大聲鳴叫,用來吸引雌蟬。雌蟬沒有發聲器官,不會鳴叫。

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日本暮蟬。圖/wikipedia

雄蟬的腹部有一對鳴器,裡面有發音肌、鼓膜和共鳴室。雄蟬求偶鳴叫時,發音肌會不停的收縮,使鼓膜上下振動,有如打鼓般發出聲響;共鳴室則有如擴音器,使鳴聲擴大。

蟬的發聲,和直翅目的蟋蟀、螽斯、蝗蟲不同,牠們以磨擦翅膀發聲。蟋蟀、螽斯的翅基部,有一條橫脈,上頭有齒,稱為「音銼」,左右翅磨擦,就會發聲。蝗蟲則是利用牠的腿節內側和前翅縱脈,互相摩擦而發聲。

當雌蟬被雄蟬的鳴聲吸引過來,交配過後,雌蟬將卵產在小樹枝上,夏季時大約經過一個月就可以孵化成幼蟲。接下去,幼蟲落到地面,鑽入土中,吸取植物根部的養分,經過若干年(視種類而異),才能長大成熟,然後鑽出地面,羽化為成蟲。

蟬經過若干年才能長大成熟,羽化為成蟲。圖/giphy

蟬是夏季活動的動物,從初夏到初秋,蟬的幼蟲陸續鑽出地面,羽化為成蟲,使得整個夏季都可聽到蟬聲。秋季才羽化的蟬,通常鳴聲較弱,如果天氣突然轉冷,就會凍得不再鳴叫,這個自然現象衍生為成語「噤若寒蟬」,比喻因某種原因而不再出聲。讓我們造兩個句吧。

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極權國家沒有言論自由,人們噤若寒蟬,不敢隨便發表意見。

爸爸嚴肅的眼神一掃過來,我們就噤若寒蟬,再也不敢吵鬧。

張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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你怎麼知道春天來了?樹蛙會大聲告訴你——《傾聽地球的聲音》 
商周出版_96
・2022/12/13 ・3434字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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被放大存在感的叫聲

春雨樹蛙的發聲方式,是從肺部抽入一陣氣流送向氣管內的聲帶,喉囊收到爆衝而來的聲音和氣流鼓脹起來,將聲音向四面八方播送出去。

緊接著彈性十足的氣囊把空氣送進肺部,春雨樹蛙因此不需要打開鼻孔吸氣,就能夠再叫一聲。兩棲動物沒有肋骨和橫膈膜,所以牠們靠核心肌群推送空氣,這些核心肌群的重量占雄蛙體重的百分之十五。

為什麼要這麼大費周章? 一隻春雨樹蛙的叫聲可以傳到至少五十公尺外,方圓大約七千八百平方公尺內都聽得見。而牠的體長只有二.五公分,占用的地面也只有四平方公分。

台北樹蛙。圖/wikipedia

透過叫聲,春雨樹蛙將自己在森林裡的存在感放大將近兩千萬倍,這還沒算上聲音往上傳送到枝頭聽眾的耳朵。聲音讓動物在複雜的環境裡找到彼此,促進物種繁衍,否則物種的傳承將會面臨考驗。

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從陸地上的蛙類、昆蟲和鳥類,到大海裡的魚類、甲殼動物和海洋哺乳類,聲音通訊帶來諸多益處,間接幫助發聲動物完成各自在生態中所扮演的角色。

春雨樹蛙也有安全社交距離

春雨樹蛙不只宣揚牠的存在與所在,還透露牠的體型大小、健康狀態,或許還有個別身分。這些資訊是遠距社交的媒介。相互競爭的雄蛙在沼澤區彼此保持距離,降低面對面衝突的危險。

雌蛙不只藉此找到伴侶,還能評估對方,不需要冒著受傷或感染疾病的風險接近對方。因此,聲音增加了動物行為中身體距離與意思表達的細緻度,取代爭奪領域時的直接戰鬥,對潛在配偶的觀察也比耳鬢廝磨時更全面、更仔細。

當雌春雨樹蛙從落葉堆裡的冬季藏身處出來,一面等待充滿防凍糖分的身體回溫,一面根據聲音線索獲知繁殖沼澤的位置。她或許也還記得這片土地的輪廓與氣味,因為她已經在這處森林裡棲息兩年以上,吃著蜘蛛和昆蟲,才長成有繁殖能力的成蛙。

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春雨樹蛙們在春天才會從冬季藏身處出來,現身在森林中。圖/pixabay

科學家研究其他蛙類發現,牠們有極佳的空間記憶和找路的能力,尤其擅長尋找繁殖地點。春雨樹蛙或許也是如此。雌蛙在記憶(當然還有聲音)的引導下,出發前往溼地。在她生命旅程的這個階段,聲音引導她前往潛在對象的所在。

如何增加尋覓配偶的準確度

繁殖鳴聲最原始的功能,可能就是為了在廣大的環境中找到伴侶。對於森林裡的嬌小動物而言,聲音方便牠們在幾分鐘內找到伴侶。

如果漫無目標以肉眼搜尋,恐怕要花上幾星期。某些物種也靠氣味軌跡覓偶,留下線索讓嗅覺靈敏的追求者跟隨,但聲音能傳得更遠,也更容易追蹤。

物種特有的聲音也增加尋覓配偶的準確度,降低被獵食的風險。尋找潛在配偶的過程也可能遇上掠食者。聲音遠距離表明身分,尋找配偶的危險性因此大幅降低。但有些掠食者會利用獵物的求偶信號,增加獵物誤認配偶身分的危險。例如澳洲的掠食螽斯會模仿母蟬的求偶聲,讓多情的公蟬自投羅網。

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當雌蛙橫越森林地面抵達溼地,聲音的功能就改變了。現在她聆聽隱藏在個別聲音裡的資訊。雄蛙彼此相隔十到一百公分,所以她或緩行或游泳,穿過各種洪亮的鳴聲和鼓脹的喉囊。

諸羅樹蛙鳴叫。影/Youtube

大多數的叫聲是嗶,但如果雄蛙彼此距離太近,就會用粗嘎的哩對決,以聲音爭奪領域。有別於人類只有一片耳膜,雌春雨樹蛙的內耳跟所有蛙類一樣,有三簇對聲音靈敏的毛細胞。其中一簇毛細胞對應雄蛙的音頻,另一簇接收的頻率比較寬,可能是為了偵測森林的各種聲響,第三簇只接收低頻振動。

有趣的是,雄蛙的耳朵聆聽的音頻比牠們自己的叫聲來得高。也許是為了適應漫漫長夜的噪音,或者偵查更高頻的窸窣聲,辨識逼近的危險。另一種可能是,雄蛙的耳朵在尋找聲音結構的細微差異,藉此辨識周遭動物的身分。

牛蛙能辨認熟悉的叫聲,對陌生蛙類的反應比較強悍。雄春雨樹蛙能記住鄰居的攻擊性格,如果對方突然來勢洶洶,牠們就會哩哩喝斥。牠們也會跟鄰居輪唱,同步調整鳴叫的時間,變成一隻蛙帶頭,其他立即跟上,嗶,嗶嗶,嗶。

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莫氏樹蛙鳴叫聲。影/Youtube

這種同步對唱有時會擴大為群體活動,每組最多五隻雄蛙,節奏幾乎一致。至於春雨樹蛙能不能辨認個別聲音,現階段我們還不清楚。

雌春雨樹蛙的擇偶條件

雌春雨樹蛙偏好響亮、快速重複的叫聲。演化於是依據這種偏好塑造嗶聲的強度和速度,從豌豆大小的肺臟激發出最大的聲響。在比冰點略高的溫度裡,雄蛙每分鐘大約叫二十聲。

而在溫和的夜晚,牠們嗶嗶叫的速度提高到每分鐘八十聲。不過,無論夜風沁涼或溫暖,總有某些雄蛙的叫聲比別人快上兩倍。雌蛙察覺這差異,於是朝叫聲比較快的那些游或跳過去,選中沼澤地裡最健康的雄蛙。

鳴叫是費力的活動,有些雄蛙一個晚上叫了一萬三千聲,每一聲都靠肌肉收縮提供力道,這些肌肉裡儲存的脂肪,供應了百分之九十鳴叫所需的能量。肌肉脂肪存量不足的雄蛙耐力比較差。

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相較於軟弱無力的鄰居,叫聲迅猛的雄蛙通常比較重、比較年長,心臟比較大,血球裡的血紅素含量比較高,肌肉也儲存更多用來燃燒脂肪的酵素。牠們通常每晚出現,而不是整個春季偶爾露個臉。

繁殖後代的必要條件

她做出選擇,主動接近雄蛙,拍拍牠。在連串肢體動作後,雄蛙爬上她背部,前腿緊抱她頸子。雌蛙划過水面,把胡椒粒大小的卵黏附在水中的植被上,再以背上雄蛙的精子為每一顆卵子授精。

大多數蛙類把成團的卵堆在一起,春雨樹蛙卻不然,牠們一顆一顆安置,或許是為了避免被掠食者找到、一口氣吃光。將受精卵安置好以後,雌蛙和雄蛙轉身離開,放任受精卵自生自滅。

蝌蚪從父母身上得到的,只有卵黃的營養素和DNA。雌蛙偏好極高速叫聲,可以讓她的基因跟強健雄蛙的基因結合,對她的後代有實質好處。短期內她自己也可能得到好處,也就是避免生病的雄蛙趴在她背上時把疾病傳染給她。

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整個繁殖季當中,雌春雨樹蛙的產卵量高達上千枚。她消耗自己辛苦儲存的脂肪和營養素,給每一顆卵留下一份卵黃。早春食物匱乏,所以這些東西是在昆蟲繁多的溫暖秋天儲存下來的。

卵黃提供胚胎發育和蝌蚪孵化時所需的營養素。雄蛙的鳴叫也勞神費力,既消耗牠儲存的能量,也容易被掠食者察覺。牠的付出沒有為下一代提供食物或其他實質好處,卻讓雄蛙與雌蛙之間的溝通多了點真誠。

只有健康雄蛙的鳴叫能響亮、快速又持久。任何雄蛙都能輕鬆鳴叫,但這樣的叫聲音不會隱含有關體格與狀態的可靠訊息。

既然鳴叫的成本如此高昂,那麼春雨樹蛙的叫聲必然攜帶有價值的資訊。雌蛙利用聲音挑選配偶,藉此確保她選中的雄蛙的基因品質對她的後代有利。由於鳴叫附帶成本,雌蛙的偏好和雄蛙的鳴聲因此成為春雨樹蛙繁殖活動的核心。

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這並非成本影響演化的一貫模式。春雨樹蛙身體(從趾端的吸盤到捕捉昆蟲的黏性舌頭)的構造沒有浪費能量和原料。但對於牠們的叫聲,成本卻是信號功能的關鍵。少了這些成本,整個溝通網絡就會瓦解。

那麼,鳴叫的成本有兩個相對的影響。對於行動緩慢又欠缺防衛力的物種,發出響亮聲響可能是自取滅亡。不管那聲音能傳遞多少有關鳴唱者的健康資訊,這樣的成本對所有聲音傳訊系統都太高昂。

但如果是能跳躍或飛離危險的物種,發聲的成本確保聲音有意義,因此受到演化偏愛。演化賦予春雨樹蛙的信號不至於極端到為牠們招致死亡,卻會讓春雨樹蛙費勁展現自身的活力。

本文摘自《傾聽地球之聲》,2022 年 11 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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