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從牧羊犬的撇步學習如何移動大量人潮

昱夫
・2014/09/02 ・870字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 539 ・八年級
太陽化學運 From Wikimedia Commons.
太陽花學運 CC: Wikimedia Commons.

還記得今年學運數十萬的人潮嗎?或是每到跨年群眾聚集在101附近仰望煙火的情景?這些聚集人潮的活動往往面臨的一項大挑戰,就是如何有效引導參與民眾方向,避免交通混亂(不論是在活動前、活動中或活動後都極度需要這樣的技術)。而這個答案,或許可以問問牧羊犬!科學家分析了牧羊犬趕羊的行動模式,歸納出移動群體的兩大撇步。

過去,我們對於一隻牧羊犬如何管理驅趕ㄧ大群羊,並沒有太多深入的了解,其行動模式也從未被分析過;幾天前在Journal of the Royal Society Interface上發表的研究,科學家們第一次使用了GPS來記錄牧羊犬與羊群彼此追逐、趕羊過程的移動路徑,並透過模擬解析,建構出一套牧羊的數學模型

Credit: Natural Environment Research Council
Credit: Natural Environment Research Council

結果顯示,牧羊犬的行為可以拆解成兩種簡單的模式:1. 當羊群分散時將牠們聚集 2. 當羊群聚集後把牠們驅趕至目標方向。站在牧羊犬的角度,當牠觀察到羊群間的空隙逐漸擴大,牠便會向空隙外側跑動,重新將羊群聚集;羊群足夠密集後,牧羊犬轉而從後方推趕羊群往目標前進。單單這樣簡單的行動模式,便足以在理論上讓一個人引導超過100人的群眾移動!

不過本篇的作者之一Andrew King也表示,目前的理論應用到現實上,可能仍無法達到那麼高的效果,當群體數目超過50以上,還是需要多個指揮者角色來執行路線引導,方能維持好的效能。

這套理論若將來發展得更完善(對牧羊犬行為分析得更加完善),將有助於舉辦大型活動的人群動線控制、清潔環境、家禽管理⋯⋯或許有ㄧ天,我們還能設計出機器人代替牧羊犬趕羊,甚至用來管理交通呢!

延伸閱讀:

資料來源:

  • Daniel Strömbom, Richard P. Mann, Alan M. Wilson, Stephen Hailes, A. Jennifer Morton, David J. T. Sumpter and Andrew J. King, Solving the shepherding problem: heuristics for herding autonomous, interacting agents, Journal of the Royal Society Interface, published 27th August 2014, dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.0719

參考資料:

  1. Sheepdogs use just two simple rules to round up large herds of sheep [PHYS.ORG, August 26, 2014]

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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。


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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。