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操縱蟑螂機器人、平行宇宙存在?看獵奇動畫學科學——腦洞大開的成人向動畫《瑞克和莫蒂》

活躍星系核_96
・2020/08/29 ・2115字 ・閱讀時間約 4 分鐘
  • 文/Staceylwj

在 Adult Swim 甫釋出第五季預告片段的成人向動畫《瑞克和莫蒂》(Rick and Morty),一直都是影迷心中數一數二獵奇又富含哲學思考的科幻動畫,劇情描述瑞克 (Rick),一個瘋癲的天才科學家,與他的金孫莫蒂 (Morty) 在不同宇宙甚至不同時空穿梭所發生的奇幻故事。

圖/flickr

自 2013 年首播至今共四季 41 集,每一集只有短短不到 30 分鐘,內容卻橫跨了穿梭蟲洞、多元宇宙論、人工智慧……等諸多科學議題,以下我們來一一探討。

平行宇宙的存在?C-137 號宇宙

早在第一季第六集中,瑞克意外把人類們都變成怪物之後,帶莫蒂來到另個有著他們分身的正常星球,就已經道出「他們原先生活的世界並不是唯一的世界」此情節設定,在後續的集數中也再次提到相同的世界觀。

我們正在觀賞的這一組瑞克和莫蒂其實是來自 C-137 號宇宙,而這也是多重宇宙論的基本概念。意指在我所存在的這個宇宙之外,還有無窮盡個宇宙,每一個宇宙都有一個我,在同一時間裡,每一個我做出不同的選擇導致不同的宇宙同時發生不同的結局。

很可惜到目前為止,多重宇宙論仍是個未被證實的假說,科學家尚未實際觀測到其他宇宙的存在,但可能也因此使其更加受到廣大科幻迷的喜愛。

萬能傳送槍開啟蟲洞

只要是《瑞克和莫蒂》的劇迷絕對知道,支撐好幾季劇情瑞克用來穿梭時空的法寶就是他隨身攜帶的傳送槍,只要使用傳送槍,就能開啟一道綠色漩渦,走進去便能到達任何你想到達的宇宙或時空,這樣的概念近似科學理論中的「蟲洞」。

要介紹蟲洞,首先得先說明已經觀測到被證實存在的黑洞,成因來自衰老的恆星,經過長時間的核融合反應後元素消耗殆盡,恆星的質量不得不向內墜落,形成密度極大、體積極小且具有強大引力的黑洞。

與科學上計算出可能存在的白洞有著相反特性,而科學家認為在黑洞與白洞的中心(也就是奇異點)產生連結時,便會形成蟲洞。理論上,蟲洞有進行瞬間移動或是時間旅行的可能性。也因此可見大量的小說影劇作品採用蟲洞來做為時空旅行的取材。

操縱蟑螂機器人

第三季的第三集中,瑞克一開場就把自己變成一根醃黃瓜,意外滾落下水道後遇到了蟑螂危機,卻反咬蟑螂一口,利用舌頭刺激蟑螂的大腦操縱了牠的肢腳。看似不可能的情節,但在生物界卻是有可能發生的。實際上蟑螂沒有像動畫中那樣的「大腦」,取而代之的是散佈在頭胸腹的三處神經叢組織,也因此實驗發現缺少了頭部的蟑螂,仍可以存活數週。

而在真實的生物世界,提到操縱蟑螂,就不能不介紹一種體型比蟑螂小上許多的扁頭泥蜂(Ampulex compressa)。雌蜂會在蟑螂身上刺上兩針,使其變成「蟑螂殭屍」,最後就成了幼蟲的美味大餐。第一針刺向胸部神經節部分,能迅速暫時癱瘓蟑螂;第二針則是針對頭部,毒液流入神經節後,有麻痺蟑螂反射性逃離的效果。

最後扁頭泥蜂會將不會反抗的「蟑螂殭屍」帶入巢穴,並在其表面產卵,待幼蟲孵化,蟑螂就是牠們的成長養分。

那變成殭屍的蟑螂還有救嗎?好奇的科學家曾做實驗,將類似章魚胺的神經傳導物質注射致蟑螂殭屍頭部,竟然又成功恢復牠們的行動能力。看來,影片中瑞克控制蟑螂的獵奇想法並非異類。

人工智慧將會毀滅它的開發者——人類?

在第一季第五集中,瑞克為了應付家人的煩人要求,拿出了一個米西盒(Meeseeks Box),只要按下上面的按鈕,就會變出一個藍色人形的米西先生(Mr. Meeseeks),說出你的願望,米西先生會幫你達成並在完成使命後消失。

這個簡單的設定讓人聯想到現代人類為了複雜工作而開發的人工智慧(artificial intelligence),而故事中的角色對米西先生許了一個達成不了的願望,使得米西先生拚盡全力卻無法完成,近乎崩潰之時決定把提出要求的人消滅,才能安心離開。

這讓我們不禁聯想到若有一天 AI 完全掌握和人類相符的各項能力,甚至超越人類,是否會直接或間接地導致開發者的毀滅呢?類似的擔憂在科學界也曾被已故的天文物理學家霍金提出,在一次英國電視台BBC的採訪中,霍金提到人工智慧威脅人類生存:「AI 會以越來越快的速度迅速發展與自我改良,而人類受限於生物演化速度較慢,會導致無法與之競爭而被超越。」

看完了以上幾點介紹後,是不是覺得欣賞《瑞克和莫蒂》的時間沒有白白浪費了呢?若你還沒看,恭喜你,還有精彩的影集讓你邊看邊學科學;若你已面臨劇荒,也別著急,《瑞克和莫蒂》已在 2018 年宣布由Adult Swim平台續訂 70 集,也就是說,扣掉目前已播映的第四季,還有 60 集腦洞大開的獵奇故事指日可待囉!

參考資料:

  1. Adult Swim
  2. The Science of Rick and Morty: The Unofficial Guide to Earth’s Stupidest Show, Matt Brady
  3. From Brain Control to Multiverses, ‘Rick and Morty’ Gets Some Science Right, livescience
  4. The real science behind Rick and Morty, NewScientist
  5. 誰在操控蟑螂殭屍?,科學人雜誌
  6. Multiverse, Wikipedia
  7. Wormhole, Wikipedia
  8. Artificial intelligence, Wikipedia

文章難易度
活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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「精液求精」的果蠅!情慾交流後擇偶變得更挑剔?

寒波_96
・2021/09/18 ・4154字 ・閱讀時間約 8 分鐘

繁衍後代是生物的大事。動物在兩性生殖行為中,耗費資源比較少的那邊(通常是男方),一般沒那麼在意對象,更重視多多嘗試,啊嘶~;耗費資源更多的那邊付出較多(通常是女方),會更加謹慎擇偶。

然而,謹慎過頭也有風險,等呀等呀等呀,萬一一直等不到夠好的對象怎麼辦!?

等到花兒都謝了⋯⋯圖/GIPHY

一項新發表的研究報告指出,女果蠅有一套巧妙的調節方式,會在交配以後改變行為,從來者不挑變得挑剔,藉此平衡兩種擇偶策略的風險,甚至調和兩性利益的衝突。

交配不一定受精,「精液求精」的果蠅

果蠅有好幾千種,這兒說的是最常見,會在垃圾桶出沒的「黃果蠅(Drosophila melanogaster)」,也是研究眾多,廣泛使用的模式動物。

打字的時候,「精益求精」很容易打錯成「精液求精」,不過這用在果蠅身上卻是正確的。果蠅在情慾交流時,由男生求偶,女生同意才能進行。交配後女生不需要馬上受精,可以將精子先存起來,再找對象交配,追求更精英的精液。

理論上,由於不用立刻受精,可以精液求精,所以女果蠅能透過切換擇偶策略,解決「求有又要求好」的矛盾。當果蠅還是處女的時候,她們不挑對象,碰到男生就接受,先搜集精子;之後再提高標準,遇見更優質的男生才答應再度交配,獲得更棒棒的精子。

理論未必符合現實,不過新論文透過一系列實驗證實,理論的預測是正確的。

對女果蠅而言,交配只是增加一個機會,不一定要受精。圖/Why fruit fly sperm are giant

有性經驗之後,擇偶變得更挑

黃果蠅有好幾款品系,這項研究用的女生是 Canto-S,男生選用來自非洲西部的 Tai,以及荷蘭的 Netherland(簡稱 NL)。實驗發現,處女果蠅選擇兩者的機率差不多,但是再度交配時,她們卻幾乎只會選 Tai。

也就是說,沒有性經驗的女果蠅比較不挑對象,有性經驗後變得更挑。這有兩個可能原因,第一個是:沒有性經驗的處女果蠅還不懂男生優劣,要在交配過有經驗以後,才懂得挑選好對象❤️

處女果蠅不挑男生,Tai 和 NL 獲選的機率差不多;之後卻幾乎只選擇 Tai 男生。圖/參考資料 1

果蠅交配時,隨著精液進入體內的除了精子,還有一些其他物質,如「性胜肽」(sex peptide,簡稱 SP);而女生的性胜肽受器(SP receptor,簡稱 SPR)接收後,會改變某些生理狀態。

比較發現,「沒有性胜肽受器的女果蠅」,再度交配時不會變得更挑剔;而處女果蠅和「缺乏性胜肽的男生」交配後,再度情慾交流時的擇偶標準,仍然跟處女時一樣。

所以,由這些實驗看來,女果蠅交配後擇偶變嚴格這回事,和性經驗無關,光有性經驗不足以改變行為。因此另一個可能才對:女生變得更挑,是神經化學反應所致。

公式化,不浪漫 QQ 💔

處女果蠅更容易被性刺激,交配後不那麼敏感

女果蠅交配以後,受到性胜肽影響,體內的賀爾蒙「青春激素」(juvenile hormone ,簡稱 JH,也翻譯作保幼激素)會增加,有促進卵細胞生成等效果。

模擬青春激素的 methoprene,讓處女果蠅的偏好變得更強。圖/參考資料 1

擇偶行為的改變,跟青春激素有關係嗎?有種叫做 methoprene 的化合物,化學結構和青春激素很像,可以模擬青春激素的作用。研究發現,餵食 methoprene 給沒有性經驗的果蠅,結果她們也變得更挑,證實青春激素會影響擇偶標準。

女生挑男生,必需懂得分辨,女果蠅怎麼分辨男男間的不同?果蠅用體外的訊號分子——費洛蒙來溝通。實驗指出,缺乏嗅覺受器神經元 Orco 的突變果蠅,不會在有性經驗後變得更挑,表示訊息是透過嗅覺相關的神經訊號傳達。

果蠅有很多個嗅覺神經元,分別接受不同外在刺激,接通不同線路。之前知道黃果蠅女生,有 3 個嗅覺受器(olfactory receptor)對男生的費洛蒙會起反應:Or47b、Or67d、Or88a,而實驗得知,其中只有 Or47b 突變後會改變擇偶行為,可見它應為關鍵。

測試 Or47b 神經元被棕櫚油酸刺激的程度,比起處女果蠅,交配後的女生反應更不敏感。圖/參考資料 1

實測不同的化合物後發現,神經元 Or47b 會對棕櫚油酸(palmitoleic acid)起反應,因此棕櫚油酸可以作為費洛蒙的角色。有趣的是,女生情慾交流過後,Or47b 再被棕櫚油酸刺激時,敏感度會下降一半。

也就是說,棕櫚油酸是男生激發女生性慾的一種訊號;而女生交配過後,對棕櫚油酸的敏感度會降低,有力地解釋了為何她們不再那麼容易接受男生。

而 NL 男生不受歡迎的原因也找到惹:他們的棕櫚油酸含量只有 Tai 男生一半;若是人為替 NL 男生外掛棕櫚油酸,他們被非處女果蠅青睞的機率也會上升。

相對來說,如果弱化青春激素的受器功能,交配後的女果蠅也會傾向在處女時不挑的狀態。

先交配再精液求精,兼顧求有以及求好

綜合上述實驗推論,處女果蠅的嗅覺神經元 Or47b 較為敏感,只要男生有棕櫚油酸就會接受。交配以後,青春激素的增加使得 Or47b 不再那麼容易被刺激;所以只有棕櫚油酸較高,性吸引力夠強的男生才會被接受。

大致是這個過程:處女果蠅交配以後,來自男生的性胜肽,讓女生的青春激素變多,影響嗅覺受器,降低性刺激的效果,使得女果蠅改為選擇費洛蒙更多的男生。圖/參考資料 2

演化上,這對女生有利,有效解決「求有或是求好」的矛盾。

求偶時女果蠅掌握主動,又可以儲存精子。比起一開始就精挑細選,更穩當的擇偶策略是,見到男生就先交配,蒐集一批精子,之後再「精液求精」挑選更好的對象,有更好的就用更好的;沒有的話,反正已經確保有精子可用。

擇偶行為的切換,對果蠅整體也有幫助。族群密度高,個體很密集的時候,男孩紙們競爭激烈,可供選擇的對象較多,女生可以慢慢挑,「一定有,就求好」,維持族群品質。

相對地,假如族群蠅口稀疏,沒什麼對象可以選,女孩紙至少先交配一次的設定,也能增加族群延續的機率。

倘若果蠅進入新的地盤,沒什麼同類可以情慾交流,「先求有」也有助於在新環境建立基礎,不容易滅團。

女男調控不同,解決兩性矛盾

論文這番推論聽起來非常合理,但是還有個需要解釋的環節。求有和求好的平衡,既然靠青春激素驅動,那麼我們也不能忽略,其實黃果蠅男生也有青春激素,而且作用和女生相反。

女生青春激素增加的效果是降低性慾,擇偶更謹慎;但男生的青春激素變多之後(一般會隨著年齡上升),效果反而是增強性慾。

由於生殖時付出的成本不同,女生和男生的利益有別。顯而易見,如果青春激素在兩性都促進性慾,對女生是傷害;可若是都抑制性慾,便換成男生不利。

實際觀察到青春激素「促進男生,抑制女生」的作用方式,確實是調和性別衝突(sexual conflict)的辦法。

果蠅有個調控基因表現、造成性別差異的轉錄因子 Fruitless,主要在神經系統作用。其蛋白質在兩性間會形成不同款式,男生版為 FruM,女生版則是 FruF。

男果蠅的青春激素增加後,男生版的 FruM 表現上升,刺激下游的離子通道 pickpocket25 表現(簡稱 ppk25),繼而增加嗅覺受器 Or47b 的敏感度,增加性欲。啊嘶~啊嘶~啊嘶~

女生不同。女果蠅的青春激素增加後,女生版的 FruF 表現同樣會上升,但是離子通道 ppk25 不為所動。這就使得 Or47b 的敏感度下降,達到抑制性慾的效果。啊~嘶~

目前仍不清楚,女生如何控制 Or47b 的敏感度,只能確定與男生的調控方式不一樣。同一個基因、訊號、刺激,在女生與男生的角色有別,便有可能造成兩性衝突,必需被紓解;而常見方式是,生物會透過兩性有別的機制調控。

值得一提的是,不少昆蟲其實都有青春激素,我們也已經知道它在不同情境扮演眾多角色,而這回又新得知一種;同一種化學物質,可以衍生出不同的用法,不侷限於一項功能,正是生命千變萬化的原因之一。

女果蠅擇偶行為的改變,和交配後不需要立刻受精密不可分;那麼,不能延遲受精的動物,又採取什麼手段,兼顧求有與求好的目標呢?這將是有趣的探討方向。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kohlmeier, P., Zhang, Y., Gorter, J. A., Su, C. Y., & Billeter, J. C. (2021). Mating increases Drosophila melanogaster females’ choosiness by reducing olfactory sensitivity to a male pheromone. Nature ecology & evolution, 1-9.
  2. Escaping the choosiness trap
  3. Fruit flies lose their virginity lightly – and then become choosy

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

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。
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