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光害讓藍山雀“外遇”行為增加

葉綠舒
・2014/07/30 ・1498字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

所謂的晝夜節律(circadian rhythm)或「生物時鐘」,對於地球上一切眾生的行為都會發生影響。而光它在生物時鐘裡扮演的角色,是作為一個重要的「節律調節器」(Zeitgeber)。光對於動物的生物時鐘的影響,尤其在鳥類更明顯。光使得鳥類知道什麼時候該交配、繁殖、覓食或遷移。如果自然晝夜節律受到人造光的影響,鳥類的自然行為模式可能也會發生變化。

人工光源在城市對人類、動物和它們的環境都有負面影響。從今年開始,維也納的行為生物學家們開始研究光害對在維也納森林中的藍山雀(blue tits)有何影響。研究團隊認為,這項研究可能有助於了解夜間光源對鳥類的生殖行為的影響,同時也可以協助未來在城市發展時,透過降低特定區域的光源,盡可能地減少對動物和生態系統發生負面影響。

藍山雀是很好的研究模式,因為他們的交配和生殖行為已經廣為瞭解。此外,他們經常在城市繁殖,因此被暴露在人造光之下的機會很多。

藍山雀(Cyanistes caeruleus)。圖片來源:維基百科
藍山雀(Cyanistes caeruleus)。圖片來源:維基百科

科學家們用大約三個星期的時間,使用LED燈來研究夜間光源對鳥類的活動模式,如唱歌、交配行為、雛鳥的發育,以及壓力相關激素等。實驗期間,研究團隊在維也納森林的不同區域,於日出前以及日落後各以兩小時使用LED燈照射。

由於不同性別的藍山雀,在進行擇偶行為時有不同的偏好。比方說雄鳥希望有明亮的光,而雌鳥可能更喜歡留在黑暗中。此外,雄性藍山雀是早晨的歌手。健康狀況較佳的雄性藍山雀,會在黎明前就開始唱歌。而過去的研究也知道,雌性的藍山雀往往會偷偷的跟伴侶以外的雄性交配。因此,研究團隊要找出是否人工光源是否會在雄山雀的兩性的擇偶行為產生衝突。

科學家們發現,光害可能會造成雌鳥與伴侶之外的雄鳥發生配對(extra-pair copulations)的情形增加,造成後代有不同的父親的機率上昇。(筆者按:這樣對藍山雀是好還是壞呢?基本上藍山雀原本就會做這樣的事,所以這只是程度的問題。)

由研究結果可知,晝夜節律會影響擇偶,但這是否也影響雛鳥的發展呢?研究團隊發現,人造光可能使休息時間縮短,對幼鳥造成壓力。

正在餵食雛鳥的藍山雀。圖片來源:維基百科
正在餵食雛鳥的藍山雀。圖片來源:維基百科

當然,光害也可能會影響維也納森林的其他生物,例如昆蟲。它們是森林許多居民的重要食物來源,因此,如果昆蟲的行為受到光害的影響,也會間接影響到森林中其他生物的營養狀況。

城市的燈光對人的安全和舒適有其重要性。然而,城市規劃應該考慮到的另一個面向是,有些光源是是否的確有必要設置。例如發光廣告牌,就是不必要的東西。同時,也應該規劃一些「無光區」。研究團隊希望這個研究結果可以促使決策者更加關注和思考這方面的問題。

筆者按:許多生物的生長與繁殖都會受到光的影響。或許對於城市夜間的燈光應該要管制,比方十一點過後(或營業時間結束時)就應該關閉招牌的燈光,而廣告看板,不論是數量或使用時段,更應該管制。之前聽說西部的e-Tag閘道使用藍光來補光,其實藍光對於許多動植物都是「起床」的信號,是否有人有興趣去研究一下,閘道附近的動植物是否受到影響呢?

圖片來源:維基百科
圖片來源:維基百科

原刊載於作者部落格Miscellaneous999 

參考文獻:

  1. 2014/7/25. Science Daily. ‘Light pollution’ may affect love lives of birds in the Viennese Forests
文章難易度
葉綠舒
262 篇文章 ・ 8 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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差點考倒古生物學家的大哉問:恐龍究竟是甚麼顏色?──《 誰讓恐龍有了羽毛? 》
臉譜出版_96
・2022/08/16 ・3583字 ・閱讀時間約 7 分鐘

想知道恐龍是什麼顏色?我們需要一臺時光機!

在導言中我提過恐龍的顏色,這個主題在最近的恐龍古生物學中,有一些令人興奮而且出乎意料的發現。之所以說是出乎意料,是因為古生物學界曾經感嘆,「我們永遠不會知道恐龍真正的顏色」。

我們或許可以從牠們的骨骼合理地重建其進食和運動方式,但要知道牠們的顏色,恐怕需要一臺時光機。

Phone Barney GIF
紫色《小博士邦尼》可能是某些人小時候的回憶,但事實上,我們可能永遠無法知道恐龍真正的顏色。圖/GIPHY

然而,正如我在導言中所提,關鍵在於鳥類羽毛和哺乳類毛髮的顏色大半是來自美拉寧黑色素的幾種變異型,其中一種稱為真黑色素(eumelanin),這會讓毛髮呈黑色、棕色和灰色,而另一種棕黑素(phaeomelanin)則會造成薑黃色。

哺乳類就只有這兩種色素,而鳥類的羽毛中還有另外兩種色素,一是卟啉(porphyrins)會產生紫色和綠色,另一個是類胡蘿蔔素(carotenoids),產生紅色和粉紅色。

關鍵在於黑色素是一種非常強韌的化學物質,可以承受大量的熱或壓縮,因此可以保留在化石中。

此外,兩種主要類型的黑色素分別包裹在不同形狀的囊中,稱為黑素體,真黑色素的黑素體呈香腸狀,而棕黑素的呈球形——這不論是在鳥類,還是在哺乳類中都是如此。

左圖呈香腸狀,是「真黑素」的黑素體;右圖呈球狀,是「棕黑素」的黑素體。圖/臉譜出版

因此,套用現存親緣包圍法的概念,即在演化上,哺乳類和鳥類這兩個演化分支會把恐龍「包圍」在當中,因此這套形狀-顏色關係很可能適用在所有被包圍進來的群體,包括恐龍在內。黑色素是在皮膚中產生,透過毛囊進入發育中的頭髮或羽毛中的黑素體內。

在二〇〇七年,我第一次有機會去中國,當時我和同事帕迪.奧爾及斯圖爾特.吉恩斯一起前去。我們在野外待了兩週,探索中國東北熱河層(Jehol Beds)的所有站點,那裡主要是一套早白堊世的地層,當中有許多帶羽毛的鳥類和恐龍標本,之後又在北京古脊椎動物與古人類學研究所的實驗室裡待了兩週的時間。

我們在那裡用顯微鏡觀察羽毛和皮膚的樣本,發現了一些看似很值得探討的例子。

科學家終於找到破案線索!化石中的黑體素

二〇〇八年時,我們看到當時還在耶魯大學讀博士的雅各布.溫塞爾所寫的那篇重要論文,當中描述他在來自巴西和丹麥的化石鳥類羽毛中發現了黑色素體,當時我們立即想到,「那我們也來看看是否能在恐龍羽毛中找到這些」。

於是我們跟北京古脊椎動物與古人類學研究所的張福成聯絡,他曾在二〇〇五年來布里斯托進行訪問,研究鳥類化石標本,並安排一些中華龍鳥樣本的借用事宜,包括來自不同身體部位的小片化石羽毛,他在二〇〇八年第二次前來訪問布里斯托。

那時我們發現了黑素體。

我們在二〇〇九年初寫了關於這項發現的文章,投稿到《自然》。就跟過去一樣,要說服所有的審稿人得花上很長的時間。這篇文章一共被審查了十二次——每次四位審稿人,一共有三輪——而且每次都有一位就是無法信服。

「這不是黑素體,這不是羽毛,那些也不是恐龍⋯⋯」

二〇〇九年初在我的年度休假期間,我去了耶魯,與溫賽爾和他的同僚討論,我們的文章最後終於在二〇一〇年二月發表出來。

我們在文章中指出,中華龍鳥有褐黑素體(phaeomelanosome),也就是含有薑黃色的色素囊,而且非常多。是薑黃色的!而且牠們的尾巴有條紋,由等長的白色和薑黃色條紋交錯而成。

所以,我們也發表了重建圖(下圖),並且很有自信地表示:「這份重建圖首次展現出恐龍的正確顏色。」

真黑素會讓恐龍的羽毛呈現黑色和棕色,棕黑素則是橙色。圖/臉譜出版

這點很重要:我們不是在發表什麼真知灼見,而是在陳述一個客觀事實,如果有人證明我們對黑素體的觀察是錯的,我們的這項陳述可能會被駁斥。

與此同時,由雅各布.溫賽特領導的耶魯大學團隊也發表了他們重建的恐龍顏色更為豔麗,是來自中國侏羅紀地層中的近鳥龍,牠的翅膀和尾巴上有黑白條紋,頭頂有一個可愛的薑黃色冠,臉頰上還有黑色和薑黃色的羽毛斑點。

那麼,這一切到底意味著什麼?確定恐龍的顏色可能是觸類旁通而來的聰明想法,也許能讓人津津樂道,覺得有趣,但它可以告訴我們任何有用的資訊嗎?

更多問題出現了:恐龍為甚麼有羽毛?

確定羽毛的顏色徹底改變了我們對恐龍行為複雜性的認識。

今天的鳥類之所以長羽毛主要有三個原因——保溫、溝通和飛行。很明顯地,保溫的功能是在飛行前就有的。鳥胸上的絨毛是為了保暖和調節體溫,這些羽毛的構造比飛羽簡單得多。

因此,若真的如巴克所提議的,假設恐龍長有羽毛,那很可能是為了要保溫。

然而,在我們二〇一〇年的文章中,我們的團隊和溫塞爾的團隊都主張羽毛在演化的早期顯然是為了溝通。然而,我們不能大膽地說這就是它們最初出現的原因——但那時它可能已經具有這樣的作用。

中華龍鳥的條紋尾巴和近鳥龍條紋翅膀和彩色頭冠,除了溝通之外別無其他功能。保溫或飛行並不需要有圖案。況且,這些顏色似乎也不像是用於偽裝的保護色——條紋尾巴有可能擔負這樣的功能,但是今天以條紋來偽裝的動物,好比老虎和斑馬,都是全身長滿條紋,而不僅僅是在尾巴上。

所以,這些訊號是為了傳達給異性的。

現在,我們可以想像雄性恐龍,尤其是小型的獸腳類,就像今日的許多鳥類一樣,會在雌恐龍面前炫耀展示牠們的這一身配備。

有許多鳥類演化出多彩的羽毛來求偶,例如雄孔雀即擁有一身華麗的羽毛圖案。圖/Wikipedia

鳥類之所以有這麼高的多樣性,光是目前已知的物種就將近有一萬一千種,其中一個原因就是性擇,這有助於維持和推動物種的分化,每個物種都有其特殊的羽毛圖案。

倘若剝掉羽毛,大多數樹棲型鳥類的骨架幾乎都相同,但是雄鳥的羽毛讓牠們氣宇軒昂地獨樹一幟,而且因為牠們交配前的舞蹈和展示只會吸引到同種雌性,因此不會雜交。

恐龍有「雌雄二形性」嗎?

意識到許多恐龍可能是經由性擇演化出來的之後,帶來了一個難題:牠們當中有很多都沒有展現出雌雄二形性(sexual dimorphism),即雌雄之間的形式差異。

今天,許多爬行類、鳥類和哺乳類會展現出雌雄兩性的差別——想想身軀光滑的母獅和體形碩大、長有鬃毛的雄獅,或是許多靈長類雄性,體形通常較大,牙齒也較大。

雄獅與母獅的外型相差許多,恐龍是否也有這樣的差異呢?圖/Pixabay

不過,也許鳥類提供了部分答案——儘管雌雄孔雀的外觀相去十萬八千里,但這一切都僅止於羽毛。牠們的骨架非常相似,可能僅有在一些小細節上有所不同。獸腳類恐龍的外觀可能也是如此。

這是近來辯論得最為激烈的一部分,有一派認為恐龍的角和冠是雌雄二形或性訊號的證據,但在另一派人眼中,這些結構則具有不同功能,例如進食、防禦或物種辨識。

凱文.帕迪安(Kevin Padian)和傑克.霍納(Jack Horner)在二〇一一年的一篇論文中為「物種辨識假說」提供了強有力的證據—─他們認為恐龍身上所有「怪異的結構」都是為了讓個體能夠辨識自己物種中的其他成員,也許是因為牠們身處的擁擠環境中,有許多外型相似的恐龍,需要相互保護。

在這樣的模型裡,性擇並不是那麼重要。

羅伯.柯內爾(Rob Knell)和史考特.山普森(Scott Sampson)對此直接予以反駁,他們認為物種辨識可能只是許多恐龍的角、冠和羽毛排列的次要功能,這種結構的演化和維持需要付出高昂的代價,而唯一能夠有效解釋的論據是性擇。

此外,他們指出,怪異結構的形狀和大小在單一物種間的變異很大,因此可能無法當作辨識物種的明確標籤,而是基於其他功能被挑選出來的,諸如配偶競爭,當作是與其他雄性戰鬥的武器,或是向雌性炫耀的裝飾品。

這場爭論還方興未艾,但所有證據都顯示恐龍的社會行為相當複雜,這表示牠們可能並不像過去人們所描述的那樣愚蠢。

——本文摘自《誰讓恐龍有了羽毛? 》,2022 年 7 月,臉譜出版

臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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你在看我嗎!?鳥類研究新視野:猛禽棲架
自然保育季刊_96
・2022/01/15 ・4235字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 本文轉載自特有生物研究保育中心,《自然保育季刊》第 116 期
  • 作者/洪孝宇|國立屏東科技大學野生動物保育研究所博士後研究員、林惠珊|國立屏東科技大學農學院生物資源博士班、黃子倫|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、蔡穎詩|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、王婉儀|國立屏東科技大學野生動物保育研究所研究助理、孫元勳|國立屏東科技大學野生動物保育研究所教授

近年來一張張近距離拍攝的精采鳥類照片和影片,記錄下黑翅鳶 (Elanus caeruleus)、領角鴞(Otus lettia)和其他多種鳥類的各種行為,甚至連所捕捉的獵物也都清晰可見,黑翅鳶搞笑的表情還被做成各種梗圖,這樣的照片究竟是怎麼拍到的?又有什麼應用價值呢?

因為相機歪掉而拍到各種黑翅鳶的搞笑姿態,還因此爆紅。圖/洪孝宇 提供

邀請野生猛禽防治農田鼠害

故事要從黑鳶(Milvus migrans)開始說起。2012 年,國立屏東科技大學野生動物保育研究所鳥類生態研究室首次發現黑鳶因為農藥「加保扶」中毒,隔年又再證實黑鳶老鼠藥中毒,逐步揭露過往臺灣農業上因為毒鳥滅鼠所引發的生態危機。此研究先是促使政府將劇毒的農藥「加保扶」列入禁用名單,後續進一步發現臺灣多種猛禽體內廣泛驗出老鼠藥,又讓政府決定停辦已有 40 年歷史的全國農地滅鼠週,不再免費發放老鼠藥給農民使用,並開始尋找對環境較友善的鼠害防治法。

猛禽生物防治法其實在國外已行之有年,最普遍的做法就是在田間或穀倉架設巢箱,吸引倉鴞 (Tyto alba) 這種可愛的白色貓頭鷹入住,牠們就會在田間協助捕鼠。由於倉鴞在全球的分布範圍很廣又很適應農田環境,據統計有關猛禽防治鼠害的論文中,有 86% 是以倉鴞為研究對象。然而可惜的是,臺灣並不在倉鴞的天然分布區內,雖然有另一種外形類似的貓頭鷹叫做草鴞 (Tyto longimembris),但數量稀少而且是在地面營巢,無法用巢箱吸引。

其實臺灣有一種平地常見、且會住巢箱的貓頭鷹叫做領角鴞,但一般認為是偏森林性的貓頭鷹,且以往認為老鼠不是其主要獵物,因此並不適用於防治農田鼠害。

猛禽棲架的測試

國外還有另一種吸引猛禽的方式,是在空曠的田區設立人工棲架,利用多數猛禽喜歡站在制高點的習性,吸引猛禽進入農田來捕鼠。不過這種作法較不普及,一方面是因為環境的限制,通常會認為猛禽棲架只適用於北美或澳洲那種一望無際的廣闊田野,另一方面是棲架設立後不是隨時都有猛禽站在上面,吸引猛禽的效果就不如有鳥在繁殖的巢箱明顯。

不過既然巢箱在臺灣不太可行,那就來測試猛禽棲架吧!2017 年在行政院農業委員會動植物防疫檢疫局的支持下,臺灣首次的猛禽棲架試驗就在屏東縣內埔鄉的鳳梨田開始,當時設計的竹製棲架高度 9m,設立後由人員定時在遠處進行觀察。兩周後發現,有黑翅鳶站上去了!黑翅鳶是一種平原田野常見的小型猛禽,黑白相間加上有如昨晚熬夜的血紅雙眼極具特色,不過臺灣以往並沒有黑翅鳶,首次正式繁殖紀錄是 2001 年在嘉義鰲鼓,之後族群迅速成長擴散,在短短數十年間已成為全臺平原地區的常見猛禽。

目前普遍認為黑翅鳶是在自然狀況下進入臺灣,就如同近年來在歐洲和中亞,黑翅鳶的分布都呈現擴張的趨勢,原因未明。由於黑翅鳶主食鼠類又有停棲制高點的習性,牠的出現正好符合猛禽棲架的設置目的。

黑翅鳶經常將獵物帶到棲架上,其中鼠類約占 8 成,鳥類和爬蟲類 (石龍子) 各 1 成。圖/洪孝宇 提供

把自動相機裝到棲架上

不過靠人眼觀察實在太花時間,於是我們就靈機一動,何不把調查野生動物常用的感應式自動相機裝到棲架上呢?只要棲架上有鳥出現,就可以自動觸發相機進行拍照和錄影,還可以 24 小時工作,連夜間活動的鳥類都能夠記錄。不過這個點子馬上就遇到幾個問題,首先是棲架上鳥跟相機的距離太短,小於相機可對焦的最近距離,所以拍到的鳥都是模糊的。所幸跟野外研究器材的專業公司討論之後,透過客製化調整相機焦距,解決了目標物過近的問題。接下來又經過一連串的測試,包括對焦距離應該設定多遠、角度如何調整才不會切到鳥的頭或腳、相機如何穩固的安裝在光滑的竹竿上,以及如何避免鳥直接站在相機上等等。

初期測試的照片總是不太成功,有一次在把棲架立起後相機角度歪掉,變成只能拍到黑翅鳶的上半身,還特寫了各種表情。我們既好氣又好笑地將照片貼上社群粉絲頁並徵求旁白,沒想到這組照片卻意外爆紅,破紀錄獲得上萬次分享,網友們還發揮創意各種改圖,連國外知名梗圖網站也要求授權轉貼,完全打破生態圈的同溫層。

棲架上為了避免鳥離相機太近或是站在相機上面,用束帶來做阻隔。圖/黃筠傑 攝

後續經過不斷的調整測試,連相機的防水性、電池的續航力等問題都陸續克服,總算能夠穩定且清晰的拍攝棲架上出現的鳥類,就連小型食蟲鳥嘴上叼的昆蟲都能清楚辨認。在測試的過程中,同時也查詢國外文獻,想瞭解關於猛禽棲架的最新研究進展,結果發現國外也有一些研究者利用自動相機在做棲架監測,但多數是將相機設在地面對著棲架仰角拍攝,拍到的鳥類不僅距離遠、獵物也不容易辨識,這時才意識到,原來將自動相機裝在棲架上的作法,其實是棲架研究的一大突破呢!

猛禽棲架的創新應用

隨著全臺各地陸續有棲架設立,黑翅鳶都是棲架上最常出現的猛禽,儼然成為猛禽鼠害防治的代言人。不過後來在偶然的情況下,有些棲架設立高度較低,卻意外發現領角鴞開始頻繁出現,會不會是領角鴞不喜歡站太高呢?於是我們在 2019 年設計了 8m 高的雙層棲架,在 4m 和 8m 高度各有一根橫桿,來測試各種鳥類偏好的停棲高度。結果顯示黑翅鳶還是喜歡站在 8m 上層,不過領角鴞和大部分的食蟲鳥偏好停棲在 4m 的下層,這可能跟不同鳥種的覓食習性有關,所以棲架分層還可以增加鳥種的多樣性。而以往認為領角鴞是森林性的猛禽,在降低棲架高度後,這才發現原來領角鴞在夜間也會頻繁進入空曠的農田來覓食,且其獵物中鼠類占了將近 8 成,同樣有很高的鼠害防治潛力。

既然棲架在農田環境能夠成功吸引猛禽停棲, 於是我們又想到,是不是也可以用來調查在自然野地的猛禽呢?這個想法獲得行政院農業委員會林務局屏東林區管理處的支持,於是在 2020 年初,開始在農田以外的多樣化環境進行棲架測試,果然記錄到更多樣的鳥種。統計目前已拍到 11 種猛禽, 日行性的有黑翅鳶、紅隼 (Falco tinnunculus )、 鳳頭蒼鷹 (Accipiter trivirgatus)、大冠鷲 (Spilornis cheela)、魚鷹 (Pandion haliaetus)、臺灣松雀鷹 (A. virgatus)和赤腹鷹 (A. soloensis),夜行性有領角鴞、褐鷹鴞 (Ninox japonica )、草鴞和長耳鴞 (Asio otus),此外還有 44 種以上的非猛禽鳥類,因此猛禽棲架也可以是一種鳥類監測法,在不同的地點和環境就會有相對應的鳥種出現。對於某些經常利用棲架的鳥種,透過腳環還可以做個體辨識,例如在 2020 年底所繫放的草鴞幼鳥,幾個月後就在距離巢區 7‒12km 外的棲架上出現,這樣的個體動態和存活資料在族群監測上非常重要。

領角鴞偏好高度較低的棲架,且獵物中將近 8 成是鼠類,也有鼠害防治潛力。圖/洪孝宇 提供

一個物種的食性是生態學中很基礎的資訊,然而要在野外直接觀察鳥類覓食並不容易,通常只能透過食繭或排遺分析之類的間接方法、因此目前連很多常見鳥類的食性資料都很缺乏。然而在把自動相機放到棲架上之後,發現許多猛禽和食蟲鳥都會頻繁地帶著獵物回到棲架上,且有不少獵物能夠清楚辨認,成為一個調查鳥類食性非常有效率的方式。目前黑翅鳶和領角鴞都已累積數百筆的獵物資料,食蟲鳥的資料則更多,未來要評估鳥類在農田的生態服務,棲架會是個相當有潛力的工具。不過也有某些鳥類,像是夜鷹 (Caprimulgus affinis)、藍磯鶇 (Monticola solitarius)和草鴞等,雖然也經常在棲架上出現,但卻很少拍到獵物,有可能牠們是在空中或地面就把獵物解決,不會帶回棲架上。

猛禽棲架的限制和展望

我們進行猛禽棲架研究至今約 5 年時間,證實這個古早的生物防治法可以有許多創新的應用,除了可增加鳥類在農田捕鼠捉蟲的生態服務,透過自動相機還能夠記錄出現鳥種、捕捉獵物、鳴唱叫聲和各種行為,可以作為一種鳥類自動監測工具,而夜行鳥類的拍攝,更是打破以往夜間觀察的侷限。我們將這個猛禽棲架結合自動相機的監測方法寫成論文投稿,已在 2021 年被國際猛禽研究期刊 (Journal of Raptor Research) 所接受,且獲得 3 位審稿者的高度肯定,一致認為方法新穎且有廣泛的應用價值。

不過猛禽棲架也有一些缺點和限制,雖然證實了即使是臺灣這種集約鑲嵌式的農田環境,仍有猛禽會頻繁的利用棲架,不過最好還是跟周邊大樹或電線杆有 50m 以上的距離,猛禽造訪率較高。其次是檢查相機的流程較複雜,必須先將棲架放倒再立起,設計上仍有改進空間,未來若能結合太陽能充電和無線傳輸技術,監測上將會更有效率。其三是棲架相當顯眼,被破壞或偷走的風險很高,所以設置地點的安全性需多加考慮。最後,因為棲架有時會記錄到稀有鳥種,在資訊發布上需要小心謹慎,以避免可能的干擾或捕捉壓力。

紅尾伯勞也是棲架常客,只要提供一根鐵絲,牠們就會把獵物插在上面做成「串燒」。圖/洪孝宇 提供

猛禽棲架除了開啟鳥類研究的新視野,在友善農業的推廣上也是非常好的工具。雖然利用猛禽防治鼠害,效果比不上用老鼠藥毒殺,因為猛禽並不會把田間老鼠完全消滅,不過當農友們知道自己田裡有猛禽出現,通常會更願意採行友善的耕作方式,而棲架上拍攝的照片非常吸睛,也可藉此讓社會大眾支持生態友善的農產品。2018 年我們在臺中霧峰進行棲架教學後,獲得農友的認同與支持,連帶促進當地友善及有機耕作的發展,農會更因此推出「黑翅鳶米」的品牌,顯示友善農業具有潛在商機。未來希望能有更多鳥類與農業共生的案例,讓農田可以是野生動物的安全棲地,這是我們進行棲架研究的初衷。

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自然保育季刊_96
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自然保育季刊為推廣性刊物,以推廣自然教育為宗旨,收錄相關之資源調查研究、保育政策、經營管理及生態教育等成果,希望傳達自然科普知識並和大家一起關注自然!

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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

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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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