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世界最小微型電腦,揭開蝸牛躲過大屠殺的可能原因!

羅夏_96
・2021/07/05 ・3890字 ・閱讀時間約 8 分鐘

生物滅絕是我們所不樂見的,當我們在新聞報導上看到某些物種滅絕,或者瀕臨滅絕,總會感到痛心疾首。不過你知道在過去 50 年間,有一群生物經歷了近乎完全滅絕的慘案,但卻不太為人所知嗎?接下來讓我們一起了解這個悲劇的始末,與殘留的生物究竟是怎樣躲過滅絕的。

太平洋島嶼的蝸牛多樣性世界第一

一般大眾可能對蝸牛的興趣不大,不過在太平洋的眾多島嶼上 (從法屬玻利維亞群島到夏威夷群島),當地原住民就對蝸牛非常感興趣。這是因為這些島上的原生種蝸牛,許多都有著鮮豔的外殼。像大溪地和夏威夷的原住民會收集並加工這些漂亮的蝸牛殼,做為展示地位象徵的首飾與裝飾品。

根據研究,太平洋群島上的蝸牛多樣性是世界上最高的,因此這些蝸牛不只吸引原住民,也吸引不少研究生物多樣性的專家前來朝聖。

而一場戰爭的到來,不僅打亂了島上居民的生活,也為這些在島上平穩生活的蝸牛們帶來意想不到的腥風血雨。

夏威夷蝸牛- 维基百科,自由的百科全书
被當作裝飾品賣的夏威夷蝸牛殼。圖/Wikipedia

外來種大亂鬥,原生種蝸牛遭池魚之殃

二次大戰期間,非洲大蝸牛 (Lissachatina fulica) 作為戰備糧食,被大量引進到這些太平洋島嶼1。而在戰爭後,這些非洲大蝸牛很快就成為當地島嶼的隱患。

非洲大蝸牛是對農業有嚴重危害的外來種,牠們的食量大且食性雜,從農作物、花卉到林木都是牠們的食物,而且牠們的繁殖速度極快,這讓島上很快就遍布非洲大蝸牛。雖然非洲大蝸牛沒有威脅到原生種蝸牛的生存,但數量龐大且食量巨大的非洲大蝸牛,很快就威脅到島上的農作物生產。為了對抗非洲大蝸牛,人類決定用「生物防治法」除掉牠們。而這個決定,敲醒了島上原生種蝸牛滅絕的喪鐘。

Achatina fulica Thailand.jpg
非洲大蝸牛。圖/Wikipedia

生物防治法簡單來說就是利用自然界生物間的平衡力量,也就是利用各種天敵如捕食性昆蟲以及殺蟲微生物等生物性方法消滅外來種。而人類為了對抗非洲大蝸牛,所使用的生物防治法是引進另一外來種——玫瑰蝸牛 (Euglandina rosea)。

玫瑰蝸牛是一種原產於北美南部森林的中等體型蝸牛。和一般蝸牛的草食性不同,玫瑰蝸牛是專吃其他蝸牛的肉食性蝸牛!因此人們想靠玫瑰蝸牛來吃光島上的非洲大蝸牛。1955 年,美國政府開始將玫瑰蝸牛引進夏威夷群島,而其他太平洋島嶼也於 1958 年開始陸續跟進這個做法2。但玫瑰蝸牛引進後,人們很快就發現事情大條了。

Euglandina rosea.jpg
玫瑰蝸牛。圖/Wikipedia

首先,非洲大蝸牛的數量並沒有減少,牠們還是大肆地破壞農作物。接著,島上原生種蝸牛的數量越來越少了。後來研究發現,比起來非洲大蝸牛,玫瑰蝸牛更愛吃原生種蝸牛。而原生種蝸牛面對玫瑰蝸牛這種兇猛的外來殺手,根本毫無抵抗力,只能等著被宰。

當人們終於意識到問題的嚴重性並準備做出干預手段時,卻為時已晚。根據研究,夏威夷群島本來有 81 種原生蝸牛。但在引進玫瑰蝸牛的十年後,島上 90% 的原生種蝸牛都被玫瑰蝸牛屠戮殆盡,而夏威夷政府和科學界根本無力阻止這場恐怖的屠殺,最後只能將剩餘的原生種蝸牛移到動物園或保護區做保護。2019 年,世上最後一隻金頂夏威夷樹蝸 (Achatinella apexfulva) — 「喬治」逝世,這標示著又一夏威夷原生種蝸牛滅絕3。而其他太平洋群島狀況也好不到哪去,以大溪地為例,島上本來有 61 種原生蝸牛。在玫瑰蝸牛引進的十年內,56 種原生蝸牛就被消滅殆盡4

這個引進玫瑰蝸牛的決策,可謂是生物防治法上的重大「失敗」案例,不僅消滅不了非洲大蝸牛,還對原生種蝸牛造成毀滅性的打擊。這個案例也告誡人們,未來想要再使用生物防治法時,務必要審慎思考。

不過在這種絕望的情況下,至今仍有少數的原生種蝸牛堅強地在野外生存。這就引起不少科學家的好奇心,想了解這些原生種蝸牛究竟是怎麼逃過玫瑰蝸牛的毒手。而來自密西根大學的生物學家和工程學家,就組成一個跨領域的研究團隊,一起攜手研究出可能的原因5

蝸牛怎麼逃離致命殺手,難道是靠反光?

Partula hyaline (P. hyalina) 是少數仍存活在大溪地森林中的原生種蝸牛,牠們有著白色的外殼,並且大多生活在樹林邊緣。而這兩條線索,讓密西根大學生態學系的兩個專門研究太平洋群島蝸牛滅絕的科學家 —— Cindy Bick 博士和其指導教授Diarmaid Ó Foighil 博士,有了一個 P. hyalina 逃過玫瑰蝸牛追殺的假設。

A Partula hyalina snail resting on a wild red ginger leaf next to a Michigan Micro Mote computer system in a forest edge habitat in Tahiti. Image credit: Inhee Lee
睡覺的P. hyaline (左)和 M3 微型電腦 (右)。圖/news.umich.edu

蝸牛一般生活在比較潮濕,躲避太陽直曬的地方,這是因為蝸牛要維持其皮膚上的黏液。如果在太熱的地方,會讓其皮膚失去黏液,而這對蝸牛來說是致命的。P. hyalina 生活在樹林邊緣,這表示牠生活的環境會比生活在樹林中的玫瑰蝸牛,接受到更多的日照,溫度也更高。而這樣的環境會讓玫瑰蝸牛因過熱而失去黏液,讓玫瑰蝸牛不想接近。

但這樣的環境,對 P. hyalina 而言不會太熱嗎?由於 P. hyalina 的殼是白色的,讓牠能反射更多日光,這樣就能降低日照對牠的影響。因此 Bick 和 Foighil 認為,P. hyalina 因有著白色外殼而能生活在高日照地區,藉此躲避玫瑰蝸牛的追殺。

要驗證這個想法,只需要在蝸牛身上裝上光照感測器,測量並比較 P. hyalina 和玫瑰蝸牛生活環境的光照數值就行了。恩,講得容易,但做起來不簡單。

因為現有的光照感測器都必須裝上鈕扣型電池,這導致感測器的大小 (12*5*4 mm) 會嚴重影響蝸牛的行動。如果會影響蝸牛的行動,就很難還原牠們真實的生活模式,這樣得到光照數值就不會準確。

微型電腦的神助攻

正當 Bick 和 Foighil 苦惱於沒有好的光照感測器時,Bick 得知了一個消息:密西根大學開發出目前公認最小的微型電腦 —— Michigan Micro Mote ( M3 )6,大小只有 2*5*2 mm,而這個大小放在蝸牛身上,非常合適。於是她立刻與 M3 的研發團隊聯繫,希望他們能提供協助。而 M3 的研發團隊在深入了解 Bick 和 Foighil 的需求後,決定與 Bick 和 Foighil 組成聯合研究團隊。他們修改了 M3 的程序,並將其改造成能以太陽能發電的微型光照感測器。

研究團隊先在密西根野外測試 M3 安裝在玫瑰蝸牛身上後,並不會影響玫瑰蝸牛的行動,同時 M3 也能長時間的偵測光照數值。確認一切妥當後,他們便前往大溪地進行實驗。

研究團隊成功在野外測試將 M3 安裝在玫瑰蝸牛身上。影片來源:參考資料 5

到了大溪地後,他們遇到一個問題,那就是不能在 P. hyalina 身上安裝 M3 。因為P. hyalina 是受保護的瀕危物種,不允許任何可能傷害牠們的行為,於是研究團隊採用間接的方法。由於 P. hyalina 是夜行動物,白天牠們會附在樹葉的背面睡覺,因此研究團隊就將 M3 安裝在 P. hyalina 休息的葉片頂端和底部,來觀察其生活環境的光照數值。研究團隊另外將 M3 安裝在玫瑰蝸牛身上,藉此比較兩者生活環境的光照數值。

(b) M3 安裝在 P. hyalina 附近。(c) M3 直接安裝在玫瑰蝸牛身上。圖/參考資料 5

結果顯示,白天 P. hyalina 所休息的環境中,其照度註1 ( 7674-9072 lux )遠超玫瑰蝸牛所能容忍的 ( 540-772 lux )。而這個結果符合 Bick 和 Foighil 的假設,即 P. hyalina 能生活在高日照地區,以此躲避玫瑰蝸牛的追殺。

不過可能會有人好奇,玫瑰蝸牛難道不會在清晨光照較弱的時候,去捕食 P. hyalina 嗎? 

研究團隊在野外觀察發現,P. hyalina 大約在上午 9 點左右就寢。此時的光照量雖然仍在玫瑰蝸牛的忍受範圍內,但等牠們捕食完再移動回到陰暗處,時間會到上午10 點,而此時的光照量就遠超玫瑰蝸牛的最高容忍值了。因此玫瑰蝸牛若要去捕食 P. hyalina,很可能吃飽後就死在半路上了。

雖然藉著 M3 的協助,證實了 P. hyalina 能生存在光照量較高的環境,但是否光照量是決定 P. hyalina 不被玫瑰蝸牛所捕食的原因,仍需要很多實驗驗證。不過研究團隊表示,這個實驗開啟了研究無脊椎動物的新世界,因為 M3 這種微型電腦的發明,讓隨時監控這些無脊椎動物的生態與行為變成可能。

或許未來隨著 M3 對玫瑰蝸牛與原生種蝸牛的有更多認識的同時,也能找出拯救這些瀕危蝸牛的新方法。甚至隨著微型電腦的廣泛應用,能讓我們看到小型動物更多的生態與行為,大大開啟科學研究的新視野!

註釋

  1. 照度:是每單位面積所接收到的光通量,SI 制單位是勒克斯 (lux)。居家的照度一般在 300-500 勒克斯之間。

參考資料

  1. 非洲大蝸牛
  2. 玫瑰蝸牛
  3. 世上最後一隻金頂夏威夷樹蝸「孤獨喬治」逝世,終年14歲
  4. Régnier C, Fontaine B, Bouchet P. Not knowing, not recording, not listing: numerous unnoticed mollusk extinctions. Conserv Biol. 2009 Oct;23(5):1214-21. doi: 10.1111/j.1523-1739.2009
  5. Bick CS, Lee I, Coote T, Haponski AE, Blaauw D, Foighil DÓ. Millimeter-sized smart sensors reveal that a solar refuge protects tree snail Partula hyalina from extirpation. Commun Biol. 2021 Jun 15;4(1):744.
  6. Michigan Micro Mote (M3) makes history as the world’s smallest computer
  7. Snails carrying the world’s smallest computer help solve mass extinction survivor mystery

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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。