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一首歌的時間就能變形的「變形蛙」

陸子鈞
・2015/03/24 ・690字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

刺棘凸起模式(左)。光滑模式(右)。
刺棘凸起模式(左)。光滑模式(右)。

這種棲息在厄瓜多爾中北部的「變形蛙」(Pristimantis mutabilis),能讓原本光滑的體表佈滿刺棘凸起,這是首度知道兩棲類有「變形」的能力。

發現者是凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的博士生凱瑟琳(Katherine)與她的丈夫Tim Krynak。其實這種「變形蛙」2006年就被發現,而且牠的近親也具備變形的能力,只是過去都沒有研究報告。

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隨著時間,「變形蛙」表面的刺逐漸消失,三分鐘多之後就呈現平滑的體表了。

研究團隊研究發現,給「變形蛙」一首歌的時間-大約3分鐘多,牠就能改變體表。他們認為,這項發現會影響我們對物種的定義及鑑定,可能會需要比過去更長期的野外觀察才能區分不同種。研究發表在《林奈學會動物學期刊》(Zoological Journal of the Linnean Society)。

凱瑟琳和Krynak暱稱這種蛙為「龐克搖滾樂手」(punk rocker),因為牠的表面佈滿了刺棘狀的凸起。之前Krynak用杯子抓過一隻,隔天再觀察牠卻發現牠不再「龐克」,只有光滑的體表,還因此以為凱瑟琳抓錯隻了。她說:「我把牠放回杯子,還放入了一些苔蘚,牠的『刺』居然長回來了!我們都無法相信看到了什麼,這隻蛙改變了牠的表皮。」當蛙再被放在白色的光滑背景,牠的「刺」又消失了。凱瑟琳推測,「變形」具有擬態、偽裝的效果,使這種蛙能夠躲避天敵的攻擊,不過這推測還需要更多的研究支持。

參考資料:Shape-shifting frog discovered in Ecuadorian Andes. Phys.org [March 23, 2015]

研究文獻:Guayasamin, J. M., Krynak, T., Krynak, K., Culebras, J. and Hutter, C. R. (2015), Phenotypic plasticity raises questions for taxonomically important traits: a remarkable new Andean rainfrog (Pristimantis) with the ability to change skin texture. Zoological Journal of the Linnean Society, 173: 913–928. doi: 10.1111/zoj.12222

文章難易度
陸子鈞
295 篇文章 ・ 4 位粉絲
Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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小強求生術(上):原來踩爆蟑螂沒有想像中的簡單——《破解動物忍術》
三民書局_96
・2020/03/10 ・3145字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 456 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 作者/胡立德;譯者/羅亞琪
  • 編按:本篇沒有蟑螂圖片,請安心服用!

黎明時分,柏克萊生物系的學生高什克‧賈拉雅姆 (Kaushik Jarayam) 聽見蟑螂竄走的聲音,他正坐在生命科學系館的階梯上吃貝果,就跟每天早晨一樣。貝果的屑屑掉落在水泥階梯上, 竄走的聲音愈來愈大,甚至演變成窸窣聲,同時,附近山茱萸樹下的落葉堆也開始出現動靜。

他看見灌木叢中冒出兩根長長的觸角,接著是一抹褐色物體朝他的腳衝來。高什克本能地站起身,胡亂踩踏了幾下,大部分只踩到水泥地,但其中一下踩到了一個小生物,發出壓扁的聲音。那個生物迅速逃跑,衝進他剛剛坐著的階梯上的一個小縫隙。

看到蟑螂,大家常出現的反應就是:我踩,我踩,我踩死你!圖/GIPHY

那是似乎天下無敵的美洲蟑螂 (Periplaneta americana),即使鞋子踩中了牠,牠卻還逃得了,高什克不禁感到好奇:蟑螂怎麼有辦法活過這樣的重擊?在進行縝密的實驗後,高什克將會發現這些動物看起來很堅硬,實際上卻很柔軟。在研究的歷程中,他將發明一種可被輾壓的機器人,會變形,但不會碎裂。

以柔克剛,軟一點才有存活的可能

高什克正在攻讀生物學博士學位,但是他從未上過任何一堂生物學的課程。他在印度的邦加羅爾長大,這個地方在他小時候還是個小鎮,但後來發展成一座繁忙的都市,有許多資訊科技人才湧入。他曾就讀印度理工學院孟買校區,專攻機械工程,特別是製造領域。

在我們的世界,隨處可見製造的痕跡,例如加工成型的塑膠或鑄造的金屬,這當中大部分的成品都是堅硬的。高什克將開始了解,製造業的發展前沿不再是如何讓機器和裝置更加堅硬,而是如何把這些東西變得更柔軟。

物品看起來很堅固,但還是一被輾壓就碎了 QQ。圖/GIPHY

高什克對製造產生興趣時,正值四軸飛行器剛被開發出來。四軸飛行器有四個各自獨立的旋翼,如同正方形的四個象限般排列。旋翼的數量使四軸飛行器非常具有機動性,可以定點旋轉、俯衝、懸停以及隨飛隨停。

早期的四軸飛行器有一個問題,那就是它們的性能遠超過存活能力,它們飛行的速度太快了, 如果撞到東西,便直接碎屍萬段。因此,工程師開始在飛行器外圍包覆一種類似倉鼠滾輪的保護裝置,倘若發生碰撞,保護裝置會先被壓碎,以便保護裡頭的旋翼。

於是,高什克便開始研究蟑螂的運動,因為牠似乎無論受到什麼樣的撞擊都似乎無法被摧毀。

跟蟑螂學習如何「完整地」活下來

從蟑螂的角度來看,這種能力是必需的,因為牠們一直處在被掠食者吃掉的危險當中,蜥蜴、貓、鳥等動物都很樂意大啖蟑螂這種具有豐富蛋白質與脂肪的營養來源。一旦被抓住,蟑螂很快就會遭到嚼食吞嚥, 因此能存活的唯一機會就是加速逃跑,愈快愈好。

為了躲避掠食者,最好是跑得越快越好,越快越好~圖/GIPHY

蟑螂隨時準備逃命,牠們可以在 \(\frac{1}{50}\) 秒的時間內做出反應,比人類快上 10 倍;牠們能以每秒 25 倍體長的速度奔跑,相當於一輛車以每小時 450 公里的速度前進。

速度是蟑螂生存的關鍵,因為太重要了,所以蟑螂沒有時間閃躲物體,只能直直一頭撞上。

如果你把這個動作用高速攝影機拍下,接著慢速播放,就會看見蟑螂是衝撞牆壁,回彈,接著才直爬上牆。如果牆壁下方有小縫隙,牠會以最快的速度把身體擠進去,這個行為可以讓牠在體型大上許多的掠食者面前消失無蹤,牠們通常是僥倖成功的。

蒙大拿州的生物學家塔拉‧馬吉尼斯 (Tara Maginnis) 曾對野外昆蟲進行一次普查。昆蟲生來會有六隻腳,但在野外捕獲的昆蟲之中,腳的平均數目卻是五隻,這些五腳昆蟲算是幸運的了,牠們勉強成功逃脫,可以再多橫行一天。

模擬野外環境,觀察蟑螂的荒野逃生

由於蟑螂速度太快,在野外很難觀察,高什克便在實驗室裡做了一個障礙訓練場。

想要有效逃生,首先要先學會變形!圖/GIPHY

蟑螂喜歡生活在散落著枯枝落葉的林地上,在這樣的環境中,其褐黑相間的體色有助完美偽裝。高什克建了一個開放的走道,末端是一個隧道入口,隧道屋頂只有兩枚硬幣疊起來的高度,是蟑螂站立時高度的 \(\frac{1}{4}\)。當蟑螂要進入隧道時,就會像黃金獵犬要把身體擠進信箱一樣。

高什克用高速攝影機拍攝蟑螂進入隧道的動作,從遠方看, 這隧道口就像是個小縫隙。在進入隧道前,蟑螂會先把長長的觸角伸進去,探索完裡面的空間之後,牠會短暫停頓,接著再把頭塞進縫隙,瞧瞧裡面。有時,牠得硬塞好幾次,頭才進得去。

蟑螂高 1.2 公分,是縫隙高度的 4 倍,為了擠進洞裡,牠用前腳往前走。縫隙很低,因此當牠把頭塞進去時,身體會往上傾斜 45 度,導致後腳在半空中亂踢。蟑螂處變不驚,繼續用前腳把身體拉進縫隙,短短 1 秒鐘,整隻蟑螂已經進到縫隙中,從掠食者的角度看,蟑螂就像是憑空消失了。

高什克用玻璃排成隧道的牆壁,這樣就能看到裡面。蟑螂幾乎把自己擠壓到完全扁平,牠在站立時,腳通常是位在身體下方,但現在卻像螃蟹一樣水平攤開。高什克拿一根棒子往隧道裡戳,模仿貓把爪子伸進去的動作。令人驚訝的是,蟑螂竟以螃蟹走路的方式遠離棒子。

他又多戳了幾下,蟑螂加快速度並開始跑了起來,雖然這時身體仍處在被壓平的狀態。被壓扁的動物還能夠全速衝刺,令高什克十分訝異。我們在開車經過狹窄巷弄時,並不會全速行進,若全速行進的話,車子很容易就會損壞到無以修復的地步。

穿戴盔甲的蟑螂,天生就有被壓扁的潛能?

雖然蟑螂看起來全身覆蓋著閃亮的盔甲,但牠們其實有許多柔軟的關節,讓身體能極度靈活地形變。例如,蟑螂腳上的每一個關節都是由柔軟可形變的半透明膜所組成,就如中世紀騎士的盔甲在膝蓋和肩膀部位有著互相重疊的甲片一般。蟑螂的腹部也覆滿了百葉窗般互相重疊的甲片,高什克認為,這些重疊的甲片允許蟑螂的身體在壓平時往側邊擴展。蟑螂天生就是可以被壓扁的。

蟑螂在承受強大的外力後,還能毫髮無傷地走開呢!圖/GIPHY

為了測試蟑螂的極限,他把蟑螂放在機械式壓機裡,四面都有透明牆壁,以防蟑螂脫逃。接著,他施加等同於蟑螂體重 900 倍大的力在牠身上,相當於把人壓在一間單房公寓底下。

此時腹部甲片輕輕擴張,讓蟑螂柔軟的內臟得以透過柔軟的透明膜被推出。蟑螂的體內大部分是液體,因此當身體受到向下的壓力時,也就意謂體液必需從某處流出,而流出的地方就在甲片之間。當外力消除後,這些透明膜會把蟑螂推回正常的形狀。

蟑螂在承受這麼大的外力後,仍能毫髮無傷地走開,牠們就像一顆裝有馬達的壓力水球,縱使被壓扁到認不出原貌,仍能繼續行走。蟑螂可以承受多大的下壓力而不死亡,就要看牠的外骨骼能承受多大的體內液壓了。

所以殺蟑螂,還是用噴得比較有效(?)圖/GIPHY

然而,機器人就不會有這樣的限制,它們互相連結的部位可以是空氣,而不必是液體,就跟紙鶴一樣,機器人具有被壓成一張紙後仍可繼續運作的潛力。高什克受到蟑螂承受輾壓的能力所啟發,決定製作一個人造版本。

——本文摘自泛科學 2020 年 3 月選書《破解動物忍術:如何水上行走與飛簷走壁?動物運動與未來的機器人》,2020 年 1 月,三民出版

三民書局_96
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創立於1953年,為了「傳播學術思想,延續文化發展」,60年來默默耕耘著書的園地。從早期的法政大學用書、三民文庫、古籍今注新譯叢書、《大辭典》,到各式英漢字典及兒童、青少年讀物,成立至今已出版了一萬多種優良圖書。不僅讀者佳評如潮,更贏得金鼎獎、小太陽獎、好書大家讀等諸多獎項的肯定。在見證半個世紀的社會與時代變遷後,三民書局已轉型為多元、綜合、全方位的出版機構。

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絕世單身青蛙,歷經十年終於成功脫單!但滅絕危機解除了嗎?
PanSci_96
・2019/02/14 ・1459字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

  • 文/文詠萱

編按:單身長達 10 年的「世上最孤單青蛙」都已經找到伴侶,那__呢?

最後一隻野生的雄性瑟溫斯水蛙於 2008 年發現,由於擔心該品種滅絕,保育團隊甚至建立了網站,替「蛙」尋找伴侶。圖/pixabay

一人一點錢,救救單身蛙

2008 年時,科學家們在野外發現了一隻瑟溫卡斯水蛙 (Sehuencas water frog,Telmatobius yuracare),他們將之命名為「羅密歐」,並養在玻利維亞科恰班巴自然歷史博物館 (Bolivia’s Cochabamba Natural History Museum) 的水族館裡。

沒想到,整整 10 年過去了,在 2008~2019 年間,人們居然都沒有在牠的棲息地發現其他野生個體。這讓玻利維亞的環境保護人員非常緊張,因為這很可能代表羅密歐是世界上最後一隻瑟溫卡斯水蛙,假設牠翹辮子了,那這種青蛙也就要絕種了。更慘的是,這種青蛙的平均壽命為 15 年,要是不加緊腳步,可能就來不及了。

為了避免絕種危機,保育人員們積極地在野外尋找雌性的瑟溫卡斯水蛙,同時建立了人工繁殖計畫。但這還不夠,保育團隊甚至在 2018 年為羅密歐建立了一個個人網站,為牠填寫了詳細的交友檔案,並發起募款活動,希望能喚起大眾的注意,讓民眾、科學家、探險家能在野外棲地尋找雌性水蛙個體,讓羅密歐脫離滅絕危機,繼續繁衍下去。

擁有品味的絕世單身好青蛙,不約嗎?圖/giphy

除了上述種種,保育人員還做了許多努力,包括:訪問玻利維亞雲霧森林 (Bolivian cloud forest) 中曾見過此物種的居民,以建立瑟溫卡斯水蛙的足跡地圖;研究棲地水體中物種環境 DNA 及其滅絕原因,並找出方法保護那些留在野外的物種;建立該地區水蛙生物資料庫等等。

真命天女出現啦!

令人慶幸的是,2019 年 1 月,一支探險隊在探索玻利維亞雲霧森林時,竟在溪流中發現了五隻瑟溫卡斯水蛙!分別為三隻雌蛙、兩隻雄蛙,其中一隻雌蛙更正值生育年紀。經過多年等待,羅密歐終於找到他的「茱麗葉」了嗚嗚。

羅密歐(左)能找到另一半(右為茱麗葉)真是可喜可賀、普天同慶、皆大歡喜呀!圖/BBC

探險隊領導者 Teresa Camacho Badani 對於兩者間的未來十分樂觀,她深信異性相吸的道理。「羅密歐的個性有點害羞,他目前相當健康,喜歡吃東西;而這隻茱麗葉的個性截然不同,她精力充沛,時常游泳,有時候會試圖逃跑。」

危機未解除,兩棲動物陷困境

這些被帶回來的水蛙們將會進行健康檢查,以防止弧菌、真菌傳染病,當然也要讓羅密歐與茱麗葉見面,想辦法創造宇宙繼起之生命,繁衍出未來可以回到自然棲息地的後代。

在過去,瑟溫卡斯水蛙曾在玻利維亞雲霧森林內的溪流、河流與池塘等不到 10 個地點被發現。這些棲地曾有豐富的水生蛙生態,然而,目前玻利維亞、厄瓜多及秘魯的水蛙正在迅速減少,牠們面臨到各種威脅,包含氣候變遷、棲地破壞以及外來種鱒魚等。

全球野生動物保護組織的 Chris Jordan 表示:「將動物帶回圈養是有風險的,但由於野外青蛙數量太少,目前無法長期確保會持續繁殖,不得不帶回人工繁殖。」相關團隊表示會盡力恢復玻利維亞森林特有種青蛙,並將相關寶貴經驗提供給目前正面臨絕種的類似物種。

羅密歐找伴的故事引起了人們對於兩生類動物困境的關注,雖然故事有了好的發展,但人員並未在找到茱麗葉的溪流附近發現其他水蛙,這讓他們對於生態系的健康仍然十分擔憂。

參考資料

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「蛙」招百出,有哪些威猛的超級蛙?
曾 文宣
・2016/01/28 ・2341字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 443 ・四年級

嘿YO!你可以再近一點~ © Flickr_Charles

跟著本週的動畫日,我們來看看小小不起眼、濕濕滑滑的青蛙們,可以有甚麼拿手本領呢?

黑黃相間的搶眼飛蹼,是黑掌樹蛙的特徵。 Photo from Tim Laman

黑掌樹蛙

當人們談起會飛行的兩爬動物時,絕不會忘記天堂金花蛇(Chrysopelea paradisi)和飛蛙這一對搭檔!從馬來西亞到印尼西方的熱帶雨林裡,有兩種堪稱蛙族最響亮的明星,能夠劃破夜空的一對璀璨綠寶石,一種叫黑掌樹蛙(Rhacophorus nigropalmatus)、另一種叫黑蹼樹蛙(Rhacophorus reinwardtii)。

乍看之下,牠們就和一般東南亞的大型樹蛙一樣,但每當牠們縱然一躍、設法逃離掠食者時,我們就能發現牠那黑得發亮的飛膜:位於四肢趾間發達的蹼。雖然不是真的翱翔天際,但黑掌樹蛙可以靠這個方法滑翔超過15公尺!對生物學家來說,能夠發現這種青蛙更是無盡的感動。勇闖馬來半島12年、間接激起《物種原始》發行的博物學家 – 華萊士(Alfred Russel Wallace),就是當年採集第一隻標本的人。因此,黑掌樹蛙的英文名字就是華萊士樹蛙呢!

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Photo from Wilfried Berns

金黃箭毒蛙

說起自然界最搶眼的警戒色動物,應該非箭毒蛙(Dendrobatidae)莫屬了。這一類住在中南美洲熱帶雨林的嬌小蛙類,不僅種類繁多、體色更是千變萬化,其中尤以金黃箭毒蛙(Phyllobates terribilis)搶下毒性之冠。

箭毒蛙的皮下可以分泌箭毒蛙毒素(batrachotoxins),這種屬於類固醇類的生物鹼,大多具有調節細胞膜上鈉離子通道開闔的功能。部分毒素可以持續地活化通道,使神經或肌肉細胞保持去極化的狀態,甚至可能造成心臟衰竭的危險。

金黃箭毒蛙的毒素量高出其他箭毒蛙20逾倍,一隻金黃箭毒蛙的毒素量高達1900毫克。換算一下,這樣的毒素量可以致死20000多隻的實驗室小鼠;對人類來說,很有可能足以帶走10人以上的性命。值得一提的是,科學家在20多年前發現箭毒蛙的毒素非自己合成的。因為人為圈養下箭毒蛙們都喪失了毒性,除非又給予野外狀況下具有毒性的獵物,才能回復到懷有劇毒的樣子。我們把這樣子轉化獵物(食物)毒素到自己體內、成為自身防禦性武器的動物,稱作「截存者(Sequesterers)」。

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骨刺在壯髮蛙身上不是疾病,而是防身利器 Photo from MailOnline

壯髮蛙

就像X戰警裡的金剛狼一樣,這種壯髮蛙(Trichobatrachus robustus)有隱藏的骨頭爪子。不太一樣的是,這種青蛙必須打斷自己的骨頭來延伸出他的武器!平常的時候,爪子是包埋於一團結締組織當中。

骨頭的一端藉由一大塊膠原蛋白連接著腳趾頭上另一塊小骨頭,另一端則連接著肌肉。哈佛大學的研究團隊認為當青蛙遭受攻擊時,肌肉一收縮、爪子便突刺出蛙的腳趾頭來自衛。不像可收縮式的爪子,這些爪子是由骨頭組成(而不是常見的角質),而且是直接刺穿皮膚出來!

當初發現這項本領的 David Blackburn,就是在2008年喀麥隆採集青蛙時,由指間流出的鮮血發現這件事呢。

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新圖片
雄蛙的護卵行為,可以看這篇的研究文獻(Vockenhuber et al. 2008)。Photograph by U. Karpfen

網紋玻璃蛙

玻璃蛙是一類中南美洲青蛙的俗稱,分類上屬於瞻星蛙科(Centrolenidae)的成員,當然,不是裏頭每個屬的肚子都一樣雪亮透明。有趣的是,影片中的主角,網紋玻璃蛙(Hyalinobatrachium valerioi)有兩個和其他玻璃蛙不一樣的地方,第一是這個屬的玻璃蛙多是由雄蛙負責保護卵 (雌蛙在葉面上產完卵就沒她的事了)。

第二是這個種的雄蛙是24小時的全職褓父(其他同屬物種多只有在夜間守候著卵),因為這樣的護幼行為,使這種蛙卵的孵化成功率大幅提升。不只影片中的胡蜂,某些品種的螞蟻、甚至是螽斯都是這種葉面育嬰室的掠食者,雄蛙幾乎會整天待在葉面上,部分身體會覆蓋其中一團卵團。

更厲害的是,雄蛙還能一次同時守衛七團卵團,分別來自不同的雌蛙。一旦有危險靠近,老爸就會使出踢腿的武功來嚇退飢腸轆轆的掠食者,還有人記錄到把入侵者吃下肚的紀錄呢!

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呆呆傻傻的猴樹蛙很可愛吧 Photo from Pin it.

巨猴樹蛙

在這次負北極振盪發威、全台瘋迷賞雪之前,可別忘了2015年可是年度聖嬰大年,11月時氣溫攀升了到均溫3度之多,年尾時巴黎的氣候峰也會討論出一些近遠程的減碳目標。身處氣候變遷劇動的地球,生活中離不開水的青蛙們,也得有一套適應多變氣候的本事。

來自南美洲的巨猴樹蛙(Phyllomedusa bicolor)晚上覓食好不快活,但到了早上,炙熱的陽光冒出頭,牠們卻不像其他青蛙,絲毫沒有想要躲避的意味。巨猴樹蛙們就這樣趴在枝條上、維持保水的姿勢,讓陽光持續地蒸散掉身上的水分!?原來,為了防止脫水,牠們會由眼睛後方的腺體分泌蠟質的「防曬乳」,然後手腳抹著分泌物塗滿全身,一處都不會遺漏。牠們獨門的「防曬乳」,包含了數百種生化合物,有些還有抗感染和止痛的藥效呢!

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除了上述這五種蛙類奇葩,蛙族超人還多的是呢!像是西高止山的舞蛙們、有著吸血鬼獠牙的樹蛙蝌蚪、以嘴當耳的加氏賽舌蛙、吃下荊棘惡魔果實的變形雨蛙、骨頭武裝色硬化的巴西金蛙、比讚來刺你的日本Otton frog,智利和澳洲的胃育蛙,一個用鳴囊、一個用胃來養小孩,也很獵奇。

最後2015年暑假的研究,來自巴西的布魯諾盔頭蛙(Aparasphenodon brunoi)、和格林寧樹蟾(Corythomantis greeningi),其頭骨就是一副刺蝟樣,棘刺裡頭佈滿了毒腺,可以主動分泌毒液,而且還比當地的矛頭蝮毒液還要毒!總之,我們對大自然充滿天馬行空的想像一點也不為過,因為演化總是有辦法讓某些高手們脫穎而出。

曾 文宣
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我是甩啊!畢業於臺灣師範大學生科系生態演化組|寫稿、審稿、審書被編輯們追殺是日常,經常到各學校或有關單位演講,寒暑假會客串帶小朋友到博物館學暴龍吼叫。癡迷鱷魚,守備領域從恐龍到哺乳動物,從陰莖到動物視覺,因此貴為「視覺系男孩」、或被稱呼「老二大大」。