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熟悉的蘇鐵最對味──來自澳大利亞的蘇鐵蛀莖象鼻蟲

蕭昀_96
・2021/06/29 ・2895字 ・閱讀時間約 6 分鐘

在上一篇文章我們介紹了闊胸波溫蘇鐵象鼻蟲 (Miltotranes prosternalis) 的生態習性(見一生只為一人傳情,卻被誤解了 16 年的波溫蘇鐵象鼻蟲),也帶大家認識了蘇鐵這類外型類似棕櫚的熱帶、亞熱帶木本裸子植物,它們有著經濟重要性,可被作為田園造景植物,也身居保育價值而名列於國際自然保護聯盟 IUCN 的保育名錄和《瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約》 (CITES) 附錄。

雖然蘇鐵含有有毒物質──蘇鐵苷,會造成肝腸胃道疾病以及具備神經毒性,然而世界一些地方的原住民,仍然會將蘇鐵樹幹磨粉後,再進行反覆淘洗等工序來去除毒性以供食用,日本奄美群島的居民甚至會利用琉球蘇鐵的種子來製作「蘇鐵味噌」。

而在人工栽培的蘇鐵身上,卻有著讓園藝栽植者氣到大喊:「有沒有學生要來研究怎麼防治牠呀?」並公開呼籲設立專項研究生獎學金的澳洲蘇鐵蛀莖象鼻蟲,這到底是怎麼一回事呢?

蘇鐵味噌是日本奄美大島的特產。圖/Wikipedia (©Hhaithait)

蛀食蘇鐵莖幹的澳洲象鼻蟲

蘇鐵褐蛀象鼻蟲 (Demyrsus) 和蘇鐵黑蛀象鼻蟲 (Siraton) 是僅分佈於澳洲的象鼻蟲特有屬別,幼蟲會蛀食蘇鐵的莖幹,這兩個屬別的象鼻蟲在澳洲的天然寄主植物是鱗木澤米蘇鐵 (Lepidozamia) 及大澤米蘇鐵 (Macrozamia) 兩類蘇鐵。

在野外,牠們僅會侵襲死亡或生病不健康的個體,並不會造成危害,然而在人工環境如植物園、花園和苗圃場內,牠們被發現除了澳洲蘇鐵外,他們還能攻擊外國產的蘇鐵類群,並造成大量死亡,有曾經意外被引入美國、義大利、比利時和南非的紀錄,甚至當初蘇鐵黑蛀象鼻蟲這個屬被發現時,就是以在義大利採集的標本所發表描述的,事隔多年人們才發現牠並不產於義大利而是遙遠的澳大利亞。

蘇鐵黑蛀象鼻蟲全身漆黑,幼蟲會蛀食蘇鐵的莖幹,進而造成植株的生病死亡,由於入侵義大利過,當初的發現者以為這是義大利土生土長的象鼻蟲類群。圖/Rolf G. Oberprieler
蘇鐵褐蛀象鼻蟲在野外蛀食不健康的鱗澤米蘇鐵莖幹。圖/作者提供
蘇鐵褐蛀象鼻蟲體體表密佈成簇的褐黃色剛毛。圖/作者提供

蘇鐵是一種生長速度非常慢的植物,所以可想而知栽種者大半輩子的心血付之一炬的痛心,甚至曾經有位蘇鐵愛好者在園藝雜誌上呼籲設立一個研究生獎學金機會來資助防治這種象鼻蟲,可見得該苦主有多麼悲憤。

由於這些象鼻蟲蛀食的位置非常深而且蘇鐵莖幹質地又非常堅硬,當園主發現後院的蘇鐵盆栽漸漸落葉,並且有不明的甲蟲鑽出時,感染狀況早已病入膏肓,而這些特性也造成現行的藥劑施用仍無能為力,所以目前僅能靠限制大型野生植株進口和檢疫來管控,以期能減少意外攜入這些「澳客」的機會,國際自然保護聯盟 IUCN 蘇鐵專家群已經將這兩類象鼻蟲都列為最高威脅層級的蘇鐵害蟲,幸好目前都是零星的發現紀錄,尚且沒有在國外長期立足的狀況。

澳洲蘇鐵蛀莖象鼻蟲的分類學研究

在我們 2020 年底發表於澳洲昆蟲學會的學術期刊「南方昆蟲學 Austral Entomology」的論文中 (Hsiao & Oberprieler, 2020),我們研究了蘇鐵褐蛀象鼻蟲和蘇鐵黑蛀象鼻蟲的分類學,我們檢視了成蟲、蛹和幼蟲形態,重新釐清和定義了屬級和種級的特徵,整理了完整的物種形態鑑定資料,並提供了成蟲和終齡鑑定檢索表和地理分佈圖,在我們的研究過程中,除了已知種的蘇鐵褐蛀象鼻蟲 (D. meleoides)、中間蘇鐵黑蛀象鼻蟲 (S. internatus)和羅氏蘇鐵黑蛀象鼻蟲 (S. roei)。

我們驚訝地發現產於北昆士蘭的蘇鐵褐蛀象鼻蟲是一個尚未被世人發現的全新物種,我們將新種象鼻蟲命名為鋼鑽蘇鐵褐蛀象鼻蟲 (D. digmon),學名源自日本經典卡通「數碼寶貝大冒險 02」中的裝甲體昆蟲型數碼獸「鋼鑽獸 ディグモン」命名,鋼鑽獸擁有操縱大地的力量,可旋轉鑽頭在地面給予沖擊以引起地割,跟我們這種鑽到蘇鐵莖幹深處害蘇鐵死亡的象鼻蟲非常地相似。

鋼鑽蘇鐵褐蛀象鼻蟲是以數碼寶貝「鋼鑽獸」命名的澳洲全新物種,鋼鑽獸擁有操縱大地的力量,可旋轉鑽頭在地面給予沖擊。圖/CSIRO,<數碼寶貝大冒險 02>劇照。

另外我們透過蘇鐵物種和象鼻蟲分佈的比較,也列出了數種潛在的蘇鐵寄主種類,可供有關檢疫單位參考,由於我們所發現的此新物種的標本籤上明確記載著會攻擊非洲特有的稀有蘇鐵──非洲蘇鐵屬 (Lepidozamia),所以很有可能也有潛在的危害性。

透過蘇鐵物種和象鼻蟲分佈的比較,我們預測了數種潛在的蘇鐵寄主種類。圖/論文原文 Hsiao & Oberprieler (2020)

熟悉的蘇鐵最對味──澳洲蘇鐵蛀莖象鼻蟲的跨屬危害及演化啟示

如前文所述,蘇鐵褐蛀象鼻蟲和蘇鐵黑蛀象鼻蟲除了澳洲產的蘇鐵之外,還能危害外國產的蘇鐵,而在分析手邊的危害紀錄後,我們發現了有趣的生物學現象,雖然兩類象鼻蟲可以攻擊好幾屬外國的蘇鐵,然而根據統計,危害的記錄集中在非洲蘇鐵屬 (Encephalartos) 的物種上

如果我們將這樣的寄主偏好連結上蘇鐵的演化樹,我們驚奇地發現非洲蘇鐵和作為天然寄主植物的澳洲鱗木澤米蘇鐵及大澤米蘇鐵是共同形成一個支序,是共享最近血緣的近親類群。

蘇鐵褐蛀象鼻蟲和蘇鐵黑蛀象鼻蟲在澳洲的自然寄主和牠們人工環境下被記錄到偏好的外國寄主在演化上是共享最近血緣的近緣類群。圖/論文原文 Hsiao & Oberprieler (2020)

在演化上的近緣性說明了這些蘇鐵可能在生理上特性相近,所以當這些象鼻蟲意外的被帶到遙遠的異鄉國度,身為澳洲蘇鐵親戚的非洲蘇鐵因此對於這些象鼻蟲更好「入口」,可說是最熟悉的異國料理。

另外,由於澳洲和非洲從前都是從岡瓦那古大陸分離,所以這些象鼻蟲攝食起蘇鐵的起源也令人相當地好奇,到底這樣的食性是在岡瓦那古陸時期就已經演化生成,並且根據澳洲蘇鐵有著非洲蘇鐵遠親的鏡像性,澳洲蘇鐵蛀莖象鼻蟲在非洲也曾經有著類似的近親象鼻蟲兄弟但後來因不明原因滅絕,抑或是說這些象鼻蟲是正港澳洲出產的特有類群,牠們是澳大利亞自岡瓦那古大陸分離後才誕生演化出來,後天水平地獲得了這種「口味偏好」(土生土長的台灣人在習慣台式炸排骨後,某一天嘗到日式炸豬排後不可自拔?),雖然值得研究的細節還很多,但我們目前並沒有發現有任何證據支持前者的「兄弟滅絕說」。

總而言之,從演化生物學上的觀察我們得以呼籲園藝業者、愛好者和植物園經營方,如果你不想要你心愛的蘇鐵植株死亡,那麼你應該要避免引進野生的鱗木澤米蘇鐵及大澤米蘇鐵,並將其與非洲蘇鐵種植在一起。

參考文獻

Hsiao, Y. Oberprieler, R.G. 2020. A review of the trunk-boring cycad weevils in Australia, with description of a second species of Demyrsus Pascoe 1872 (Coleoptera: Curculionidae). Austral Entomology 59 (4): 677-700.

 

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蕭昀_96
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澳洲國立大學生物學研究院和聯邦科學與工業研究組織─澳洲國立昆蟲標本館聯合培養博士生,國立臺灣大學昆蟲學系學士,中研院臺灣生命大百科(TaiEOL)編輯人員、泛科學專欄作者,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。因為攻讀博士所以持續焦慮中。

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蝴蝶翅膀的夢幻色澤,藏著奈米科技

李鍾旻_96
・2021/07/27 ・2930字 ・閱讀時間約 6 分鐘

在昆蟲中,色彩鮮豔又顯眼的物種往往使人著迷,尤其蝴蝶向來是相當受人喜愛的一群昆蟲。一般人見到蝴蝶時,目光肯定會集中在牠們那五彩繽紛的翅膀。

蝴蝶的翅膀表面布滿著無數的鱗片,每一個鱗片的長度大約介於 50 ~ 200 微米之間(1 微米 = 0.001 公釐)。不同種類的蝴蝶,鱗片的形態也會有所差異,但共通點都是非常容易脫落。

包含蝴蝶的鱗片在內,昆蟲身上呈現出來的許多色彩,是由天然色素所構成,這稱作「色素色」(化學色)。但也有部分顏色屬於「構造色」(或稱物理色、結構色),與體表結構的物理性質有關。

結構賦予的幻紫湛藍

構造色通常由週期性排列的微觀結構,如小突起、溝紋等所造就,這些結構使光線產生反射、干涉、繞射等光學效應,而讓特定波長的光被保留了下來。

構造色並常伴隨著「炫彩」特性,也就是色彩光澤會隨著人眼觀看角度的不同而出現些微變化,讓一隻昆蟲顯得璀璨閃耀。有些蝴蝶在展翅時,會呈現出類似金屬、珍珠般的光亮質感,這類特徵往往便是源自構造色。(註:炫彩(iridescent),也常被譯作「虹彩」、「虹光」)

中南美洲叢林中的「閃蝶」Morpho,又稱摩爾福蝶)是構造色相當有名的例子。閃蝶的藍色翅膀鮮豔奪目,質感宛如珠寶,因此身價不凡,是眾多標本收藏家愛不釋手的珍品。

英國自然史博物館收藏的黑框藍閃蝶(Morpho helenor peleides)標本。圖/作者提供

閃蝶翅膀呈現金屬藍色,然而翅表面的鱗片並沒有藍色色素,這樣的炫目的色澤歸功於鱗片上奈米尺度的多層次塔狀結構。當陽光映照在鱗片時,部分光線可能會直接被反射,有些光線則穿過部分結構,接著被底下層次的結構反射,而許多被反射的光線,彼此還可能發生交互作用。最終,鱗片的這些微結構反射了大部分藍色光芒,使得翅表面呈現明亮耀眼的金屬質感。

File:Morpho sulkowskyi wings.jpg
閃蝶鱗片上的細微塔狀結構,其表面又有層層的溝紋與脊起,這是讓光線產生變化的主要因素。圖/Wikipedia

鱗片已經非常的小,當然鱗片上的結構是我們人類肉眼所看不到的,所以科學家在探究這些構造時,必須透過電子顯微鏡才得以一窺究竟。

拿現實生活中的物品來比喻,可以說閃蝶體表閃耀的色澤,性質有些類似 CD 光碟片的表面。光碟片在光線下會顯現七彩的光澤,而這些光澤是光碟表面細小微妙的溝槽造成的繞射效果。

不同角度下的大藍閃蝶(Morpho didius)標本,可見其金屬光澤會隨光照的來源有所變化。圖/作者提供

在台灣的我們,除了博物館裡才有機會目睹的閃蝶,有沒有什麼活生生的例子可以讓我們一窺構造色呢?常見的「紫斑蝶」Euploea),就是很好的觀察對象。牠們不只是數量多,同時又是蝴蝶中動作較為緩慢的種類,因此要近距離接觸牠們並不難。

紫斑蝶前翅背面雖然呈黯淡的褐色,但當牠們展翅時,這些鱗片在陽光下會散發出藍色至藍紫色的絢麗色彩,並且顏色深淺隨著角度的變化非常明顯。這同樣是由於光線照射在鱗片表面的物理結構,反射了特定波長光線的緣故。

圓翅紫斑蝶(Euploea eunice hobsoni)一身深褐色的鱗片平時看似不起眼,但翅背面在陽光下會轉變為鮮豔的藍紫色。圖/作者提供

其實不只是成蟲,構造色也可見於紫斑蝶的蛹。紫斑蝶的蛹呈亮麗金黃色或銀色,炫彩極為明顯,這是由於表皮底下層層排列的薄膜狀結構,對光線產生了影響。

當然,構造色的形式還存在許多昆蟲身上,常見的幻蛺蝶Hypolimnas bolina kezia)、蘭嶼的珠光裳鳳蝶Troides magellanus)都是構造色相當鮮明的例子。一些金屬質感的吉丁蟲、金龜子、灰蝶,其華麗的外觀往往也與構造色脫不了關係。

圓翅紫斑蝶的翅在某些角度下光澤不明顯。圖/作者提供

這一身醒目的光澤,對昆蟲而言可能帶有警告的意味,因為許多鮮豔明亮的昆蟲有毒,或嚐起來具有特殊臭味。日光下閃爍的炫彩也可能具有隱蔽的效果,或者與同種個體間的辨識溝通有關。

圓翅紫斑蝶的蛹,外觀質感如同金屬。圖/作者提供

似白非白的鱗片

我們可能常常直覺的把構造色與光亮的炫彩畫上等號,事實上在大自然裡,生物的構造色不見得都是如此。

我們在平地或山區都有機會見到,分布範圍相當廣的白粉蝶Pieris rapae),身上其實也具有大片的構造色,但我們在牠身上看不到光輝的炫彩現象。

白粉蝶的翅膀,有局部的鱗片具有黑色色素而形成深色斑塊,其他區域則主要呈白色,或略帶有一點淡黃。以往,白粉蝶身上單純的色彩多被認為是色素色,可是那些佔大多數的白色鱗片,實際上並不含白色的色素

白粉蝶的翅膀上有著非炫彩性的構造色。圖/作者提供

在白粉蝶的鱗片表面,具有許多枝狀的構造,其表面又附著了許多如珠子般的微小顆粒,顆粒本身也沒有色素成分。其實是這些顆粒反射了特定光線,導致翅膀呈白色的構造色。

不管是構造色的成因,以及所造就的色彩樣貌,當中複雜且多樣的機制,往往遠超出人類所想像。許多的昆蟲的表皮,構造色與色素色這兩類色源,並時常同時存在,兩者交織構成體表展現的色彩

用「光」代替顏料上色

物理結構形成的色彩,理論上能夠長期存在,能夠避免褪色的問題,人類也從中得到了不少科技靈感,試圖在工業產品上重現這般的顏色。

日本的纖維公司便參考了閃蝶翅膀的原理,研發出不使用化學染料,而是運用物理特性顯現色彩,名為「藍默纖維」(Morphotex)的環保材質。這樣的材質有什麼優點呢?構造色呈色的纖維不需要經過傳統的化學染色製程,能減少產生的廢料,亦減低了水資源與能源的消耗。

陽光下的異紋紫斑蝶(Euploea mulciber barsine),藍紫色光澤明顯。圖/作者提供

如果掌握了不會褪色的顏色技術,還有機會應用在太陽能板塗料、印刷、化妝品、鈔票防偽等方面,幫助解決許多技術問題。

昆蟲及各式動物與生俱來的外貌,有時比人類費力研發出的技術都要精巧得多,甚至可能悄悄改變人類的生活。人類應該善待並維護自然資源,這顯然是很重要的一項理由。

參考資料

  1. What Gives the Morpho Butterfly Its Magnificent Blue?
  2. Vukusic, P., Sambles, J. R., Lawrence, C. R., and Wootton, R. J. (1999). Quantified interference and diffraction in single Morpho butterfly scales. Proceedings: Biological Sciences, The Royal Society of London 266, 1403–1411.
  3. Ragaei, M., H.S. Al-Kazafy, N.A.E. Farag, H.H. Elbehery, and A. Abd-El Rahman. (2017). Role of photonic crystals in cabbage white butterfly, Pieris rapae and queen butterfly, Danaus glippus coloration. Biosci. Res. 14: 542-547.
  4. 王仁敏(2017)。蝶翼的絢麗幻色。蝶季刊 2017 卷 2 期:19 – 19。

 

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