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想趕走爛桃花卻怕沒老婆,怎麼辦?野地蟋蟀用誘人的體味解決一切!

政佑
・2020/04/26 ・3283字 ・閱讀時間約 6 分鐘

移居到夏威夷後,跌落神壇的音樂蟀哥

夏天夜晚的唧唧蟲鳴是許多人的童年回憶,其中最響亮的,莫過於雄蟋蟀摩擦翅膀所發出的聲音了。

每到了交配季節,雄蟋蟀會發出悅耳的聲響,宛若天生自帶音樂才藝一樣,發動猛烈的情歌攻勢來吸引雌蟲,完成求偶大業。雄蟋蟀悅耳的聲響,就像是牠們追求另外一半的天賦技能。

然而,讓人驚奇的是,有一種來自大洋洲沿海地區的野地蟋蟀 (Teleogryllus oceanicus) 註1被人們帶至夏威夷,隨著時間的流逝,竟有不少居住在夏威夷的野地蟋蟀失去了這項天生才藝!

在夏威夷演化出不會鳴唱的蟋蟀。圖/Pascoal et al., 2019

明明留在大洋洲沿海地區的蟋蟀都好好地,為什麼到了夏威夷會演化出同種但不會鳴叫的蟋蟀呢?

一篇發表於 2019 年的研究指出,這可能跟當地的寄生性蠅類有關!在夏威夷,有一種稱為奧米亞棕蠅 (ormia ochracea) 的寄生性蠅類,而奧米亞棕蠅會根據「聲音」來尋找宿主,因此,倘若雄蟋蟀們發出響亮的聲音,反而會變這種寄生蠅的寄生目標。

這些寄生蠅就像是蟋蟀的爛桃花一樣,若蟋蟀繼續演奏動人的情歌,求偶不成是小事,嚴重的話,甚至可能會引來殺身之禍!

只要體味對了,不彈吉他也能追老婆!

然而,野地蟋蟀失去音樂才子的能力後,雖然成功逃離了寄生蠅的魔掌,但牠們又該如何追求異性呢?難道要一輩子當魯蛇嗎?

或許不會!2013 發表於 Behavior Ecology 的一篇文章指出,蟋蟀體表的碳氫化合物組成會影響雄性吸引力,而另一篇於 2019 年發表在 The Royal Society 的研究則發現,蟋蟀體表那些相對短的碳氫化合物,帶有吸引異性的潛力!

也就是說,雖然夏威夷的野地蟋蟀失去了鳴聲,但牠們的體表有較多的短鏈碳氫化合物,這些化合物揮發後也可以成功吸引雌蟲,如此一來,散發出誘人體味的野地蟋蟀們,或許就可以彌補一點失聲的劣勢。

而這裡所說的體味,就是我們俗稱的「費洛蒙」。

在昆蟲的世界裡,叫聲跟體味都能做為求偶的利器,廣為人知的演奏大師有蟋蟀、螽斯、蟬等等,而費洛蒙則泛指能在體外傳訊的各種化學分子,碳氫化合物也是其中一類化學物質,例如蛾類就會使用這樣的方式吸引另外一半。

不過,正所謂一個蘿蔔一個坑,不同物種會有各自對叫聲組成和碳氫化合物的偏好,喜歡的求偶歌曲頻率跟結構會不一樣,而也只有特定結構的碳氫化合物才具備性吸引力,而且它們的長度也會影響到傳遞的距離跟效能。

誘惑蟋蟀的體味來源:碳氫化合物

在野地蟋蟀的案例中,為什麼只要短鏈碳氫化合物變多,野地蟋蟀就可以「香香的」註2,甚至成功追到另外一半呢?這和碳氫化合物的結構有關。

碳氫化合物根據鍵結形式由單鍵到三鍵可分為烴、烯跟炔,它們都是不溶於水的非極性分子,其中

根據鍵結形式,這些碳氫化合物可以透過單鍵、雙鍵或三鍵來鍵結,分別對應烴(alkane)、烯(alkene)跟炔(alkyne),它們都是不溶於水的非極性分子。

碳氫化合物結構。(alkane:單鍵的烴、alkene:雙鍵的烯、alkyne:三鍵的炔)圖/QS Study

其中烴只由單鍵組成,當烴的鏈長越長,它們之間的吸引力(凡得瓦力)就會越大,與周圍的分子貼合較緊密,也因此,長鏈碳氫化合物比較不易被破壞,熔、沸點相應來說也比較高,造成化學分子難以揮發,雌蟲也比較難接收到雄蟋蟀愛的訊號!

反之,若雄蟋蟀的體表有比較高比例的短鏈碳氫化合物,就比較容易將帶有吸引異性功能的「體味」傳出去。所以,當雄蟋蟀用這個方法求偶時,科學家在雄蟋蟀身上發現具比較高比例的短鏈化合物,就是非常合理的觀察結果。

碳氫化合物越短,體味傳的越遠!

將蟋蟀與其他物種進行比較後,我們更可以明顯看到化合物長度對傳遞訊息的影響。

首先,蛾類體表的碳氫化合物常是個位數到十幾個碳的長度,可以做到非常遠距離的傳遞,但隨著長度增加,果蠅身上的碳氫化合物多為二十幾個碳,傳遞距離就變短了一點,到了蟋蟀身上後,則是三十幾個碳的碳氫化合物。

但別擔心,雖然比起蛾類和果蠅,蟋蟀的碳氫化合物較長,但 2019 年的研究指出,蟋蟀體表那些相對短鏈的碳氫化合物,對提高性吸引力仍然有一定的幫助。

用體味當作求偶手段的風險在於,由於短鏈的結構比較鬆散,使得水分容易從縫隙間蒸發出去,造成蟋蟀體表的保水能力下降,因此蟋蟀也有可能還沒找到另外一半,就因為散失太多水分而死亡。

物種改變的動力:天擇與性擇

上述蟋蟀的求偶故事,裡面其實包含著推動物種改變的兩大力量:天擇 (natural selection) 跟性擇 (sexual selection)。

達爾文在《物種起源》中提出了天擇的概念,他指出當突變發生,歷經過度繁殖、生存競爭,最後只有適合當下環境的族群可以存活,在天擇的概念中,「自然環境」是篩選的主要力量。

而除了天擇,性擇也是一個推動物種改變的力量,通常會遵循「付出較多一方」的喜好,舉例來說,若是有一種鳥僅由母鳥育雛,由於母鳥的付出更多,因此雌性就會處於選擇者的角色,看母鳥喜歡什麼,被選擇的公鳥就會遵循母鳥的喜好,若母鳥比較喜歡紅色的公鳥,這個物種的公鳥就會越來越紅。

孔雀的尾巴是性擇跟天擇共同作用的結果。圖/Pexels

天擇跟性擇都會影響物種演化的方向,有時候這兩種機制會相互抑制。若是性擇下演化的結果不利生存,天擇的壓力就會抑制這個性狀的發展,反之,若天擇的結果讓吸引力降低,在性擇壓力下就會不利繁殖。

孔雀尾巴也是廣為人知的例子之一,如果孔雀尾巴太長,就會不利移動生存,但太短又不夠有吸引力,現在的長度就是相互抵制後的最佳狀態,我們現在所見的尾巴長度就是兩方拉扯下的結果。

回到上述關於蟋蟀體表化學物質的研究,我們也可以總結得知,昆蟲體表的碳氫化合物組成演化也涉及了天擇跟性擇的拉扯,雖然夏威夷的野地蟋蟀失去了發聲的功能,但牠們的體表卻含有較高比例的短鏈碳氫化合物,或許這樣有助於彌補一點聽覺求偶的缺失?想知道更多就需要更多的研究發展了!

為了兼顧愛情和麵包,野地蟋蟀們可以說是經歷了相當艱辛的一番轉變,野地蟋蟀未來又會面臨哪些考驗和改變呢?接下來,吞下敗仗的寄生蠅是否也會演化出新的生存策略?在偌大的地球上,又有哪裡也隱藏著不為人知的物種小故事呢?面對如此變化多端又精彩紛呈的生物世界,讓我們期待科學家挖掘出更多故事吧!

筆者後記

感謝盲眼的尼安德塔石匠指證錯誤,並提供關於昆蟲費洛蒙的相關背景知識。

參考資料

  1. Holze, H., Schrader, L. & Buellesbach, J. Advances in deciphering the genetic basis of insect cuticular hydrocarbon biosynthesis and variation. Heredity(2020).
  2. Buellesbach, J., Vetter, S. & Schmitt, T. Differences in the reliance on cuticular hydrocarbons as sexual signaling and species discrimination cues in parasitoid wasps. Front Zool15,22 (2018).
  3. Heggeseth, B., Sim, D., Partida, L.et al. Influence of female cuticular hydrocarbon (CHC) profile on male courtship behavior in two hybridizing field crickets Gryllus firmus and Gryllus pennsyl vanicus. BMC Evol Biol20,21 (2020).
  4. Jacob D. Berson, Marlene Zuk and Leigh W. Simmons. Natural and sexual selection on cuticular hydrocarbons: a quantitative genetic analysis. (2019)
  5. Pascoal, Sonia & Risse, Judith & Zhang, Xiao & Blaxter, Mark & Cezard, Timothee & Challis, Richard & Gharbi, Karim & Hunt, John & Kumar, Sujai & Langan, Emma & Liu, Xuan & Rayner, Jack & Ritchie, Michael & Snoek, Basten & Trivedi, Urmi & Bailey, Nathan. (2019). Field cricket genome reveals the footprint of recent, abrupt adaptation in the wild. Evolution Letters. 4. 10.1002/evl3.148.
  6. Simmons LW, Thomas ML, Simmons FW, Zuk M. 2013 Female preferences for acoustic and olfactory signalsduring courtship: male crickets send multiple messages. Behav. Ecol. 24, 1099– 1107.(doi:10.1093/beheco/art036)
  7. 盲眼的尼安德塔石匠:【生存或是生寶寶,有時候是個問題】

註解

  1. 蟋蟀與寄生蠅的翻譯參考自:母蟋蟀需要靠「好聲音」來擇偶,但公蟋蟀為何惦惦不出聲?
  2. 「香香的」只是寫作上的比喻,論文中並未敘述或證實該化學分子真的有香味。

延伸閱讀

(2021/8/17 更新)關於夏威夷的這群蟋蟀,最近又有新研究發表啦!歡迎參考:


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政佑
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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


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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)。臉書:荒誕遊牧。