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螞蟻的砂石城堡——《動物的武器》

PanSci_96
・2016/01/03 ・3070字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 509 ・六年級
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Source: wikipedia

非洲軍蟻,就跟牠們在中南美洲的親戚一樣,是兇猛的掠食者。體型最大的兵蟻,下顎足以咬穿一支鉛筆。不過非洲軍蟻其實是以數量取勝。從蟻巢湧出的突擊軍隊可以高達五千萬隻,排成一列螞蟻大軍,穿越叢林。蟻軍一波接一波,足以剷除所經之處一切能夠移動的事物,萬物無不面臨可怕的死亡。遇到蟻群的動物會被切割成螞蟻大小的肉塊,然後由工蟻扛在身上,一一將血肉運回巢。一長串的工蟻會將食物搬上牠們的螞蟻高速公路,這是由好幾條牠們清出來的運輸道匯集而成,像是一大條暴露在外的血管,要將血液輸送回心臟。當牠們扛著食糧沿路回家時,兩側都有一層層宛如城牆的兵蟻護衛著,在某些地方,兵蟻還會以牠們的身體交織成牆,將運輸道完全覆蓋住。

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Source: wikipedia

肯亞馬賽族(Maasai)非常喜歡這種他們稱之為siafu的非洲軍蟻,因為牠們會清掃房子裡的蟑螂、碎屑、其他螞蟻,甚至是老鼠。馬賽人也會將siafu當作緊急縫線使用,就跟多年前我在伯利茲所用的方式一模一樣。不過,非洲軍蟻也有黑暗面。偶爾,牠們會圍攻牲畜,在阻止牠們逃逸的同時,便將獵物吞噬。短短幾個小時之內,牠們可以將農舍裡滿滿的雞、羊和乳牛給生吞活剝,只剩下骨頭。有時甚至連老人或醉漢也會受害。十八世紀的探險家曾描述過當地人利用軍蟻來執行死刑的殘酷方式,他們會將罪犯綁在蟻群經過路上,任其被吞蝕。但最悲慘的傷亡案例則是嬰兒床上無人照顧的嬰兒。螞蟻大軍從幼兒園窗口進入,從嬰兒床側邊蜂擁而上,爬入嬰兒的口中,進入肺部,在剝肉之餘,造成嬰兒窒息。非洲每年有多達二十位嬰兒死於蟻群襲擊。

二○○五年一月,目前任職於柏林自由大學的生物學家卡斯帕.荀寧(Caspar Schöning),在他前去的野外觀測站後方草地邊,觀察到一場螞蟻大軍正展開襲擊。早在一年前卡斯帕就完成了他的博士研究,主題就是行軍蟻的群體行為。他那時在奈及利亞和著名的自然攝影師馬克.莫菲特(Mark Moffett)拍攝蟻軍突襲的畫面,結果拍攝到了非比尋常的場景。

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Source: wikipedia

起初,螞蟻運走的是甲蟲和蟋蟀的碎片,這很稀鬆平常,偶爾也會參雜有蜘蛛和蛾,昆蟲屍體的碎片隨著螞蟻前行,來來回回搬運著。但隨後開始出現一串串柔軟的白色幼蟲。這些螞蟻運送的是白蟻。螞蟻一群群傳遞蒼白的白蟻屍體回巢,成千上萬的碎片就這樣在眼前經過,白蟻中的大頭兵蟻也遭到肢解,一塊塊地漂流過去。一隻工蟻負責扛頭,幾隻扛腿,還有幾隻負責抬腹部。不久後,就連白蟻的育雛區也淪陷,數以萬計的卵和幼蟲沿著這條螞蟻輸送帶被送出來。荀寧和莫菲特估計,那天晚上螞蟻大軍至少搶走五十萬隻白蟻,包括白蟻巢中的幼蟲。

這批非洲軍蟻成功搶劫白蟻巢,相當令人難以置信,因為siafu基本上不吃白蟻。事實上,荀寧和莫菲特所發表的這次紀錄,到今天為止,仍是人類唯一一次觀察到非洲軍蟻襲擊白蟻的案例。軍蟻並不挑食,牠們食性廣泛,從蜘蛛一路吃到牛,以及大大小小的一切,而白蟻巢分散在大地之間,可說是最豐富的食物來源。白蟻身體柔軟而肥嫩,充滿脂類、蛋白質和碳水化合物,而且,除了當中的兵蟻之外,其他毫無防衛能力。只要裸露在地表,所有生物都會來吃牠們。這一切讓人覺得,siafu的菜單上竟然獨漏白蟻,實在不可思議。白蟻之所以能保持安全,其實有個祕密,牠們會蓋堡壘。

白蟻丘是個了不起的構造,那天遭受siafu襲擊的大白蟻,其學名是Macrotermes subhyalinus,牠們以沙子和泥土在地面上打造出三公尺高的城堡,比白蟻本身高出兩千倍。蟻丘的圓錐底面可以達到一點二公尺寬,但隨著高度往內收縮,形成一個中心尖頂,由上層至頂部,約有兩公尺高的突起物,就像是一根指向天際的煙囪。白蟻丘外有一層牢固的牆,是由百萬隻白蟻工蟻精心搭建,外牆是由沙粒、糞便和唾液混合成的水泥。以太陽燒烤而成,就和窯燒磚塊一樣耐用。需要用一根大錘子或斧頭才能敲開白蟻丘,敲打時經常還會冒出火花。

要是你有辦法突破這道牆,會發現裡面空無一物,連一隻白蟻都見不到。眼前只見一道內牆,內外牆之間的區隔相當於昆蟲界的城堡壕溝,是一處無人區。這個只有空氣的地方形成一處約莫十五公分寬的溝槽,只有在打破第二道牆壁後,才會進入真正的白蟻窩。白蟻本身是透過小門進出,約有六個小通道,從無人區延伸到外界。這些管狀通道有著堅若磐石的管壁,並且有大批大頭兵蟻把守著。

在白蟻要塞的核心,是一座喧囂的昆蟲城市。上百萬隻工蟻來回在幾十個椰子大小的腔室間川流不息。就跟椰子一樣,每間腔室都有一層堅硬的保護殼,在土壤中層層疊疊,以迷宮隧道相連接,被同心圓的外牆包圍,與世獨立,絲毫不受外界干擾。有些腔室貯存食物,那是白蟻在黑暗涼爽的地下所培養的真菌。另一些腔室則擠滿卵或幼蟲育嬰中心。在這座結構複雜的城市中心,有一間保護最嚴密的腔室。就像一座戒備森嚴的中世紀城堡,這是蟻后專屬的宮殿,閒雜人等不得進出,而且開口非常小,連蟻后都鑽不出來。

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白蟻蟻后特化了生殖功能,就如同兵蟻專事戰鬥一般。白蟻蟻后基本上就是台產卵機器,身軀臃腫,不斷抖動的腹部比我的拇指還要粗厚,牠們每天會產下上千顆卵。小工蟻則在她身邊等著,從她身上取出新冒出的卵,運送到育嬰室。蟻后肥胖到無法動彈,完全依賴工蟻的餵養與照料,只能待在寢宮裡,足不出戶,通常會在保護重重的皇宮內室活上十幾年。百萬隻忙碌的工蟻再加上不斷增長的真菌球體,會消耗掉城堡內大量的氧氣,並且釋放出二氧化碳,同時還會產生熱量,這些都必須從白蟻巢中排放出來,才能讓白蟻城繼續發展。

值得注意的是,白蟻丘的建築結構擁有排氣功能。雖然它像岩石一樣堅硬,其他昆蟲無法進入,但白蟻丘的牆壁間其實含有上億個微小氣孔。換言之,牆壁是會呼吸的,允許氧氣進入,二氧化碳逸出。風吹過煙囪時,甚至會直接穿牆而入,將蟻巢空氣帶走,以新鮮、含氧的空氣替而代之。雙壁設計也有類似絕緣體的功能,能保持蟻巢內的溫度恆定而涼爽。

白蟻丘提供存儲和溫度控制的功能,但主要用途還是在於保護。堅不可摧的牆壁能夠讓每個白蟻丘倖免於難,不用擔心外來攻擊。要是沒有怪物哥斯拉來翻頂,白蟻巢就安然無恙,對於荀寧所觀察的白蟻巢而言,要是沒有那些暱稱為蟻熊的土豚使出銳利爪子來攻城,唯一能夠進入蟻丘的途徑,就只剩那些又小又戒備森嚴的門。守門的白蟻衛兵頭部巨大無比,大到讓牠們無法行走,眼睛和其他脆弱器官也不復存在。當兵蟻搖搖擺擺地加入戰局,遇到敵人便張開巨顎,試圖咬下任何擅闖昆蟲。牠們的巨顎會狠狠咬住入侵者的腿,割斷頭部、砍斷觸角,將其支解粉碎。與此同時,工蟻則會從蟻巢內部封住通道。一旦偵測到有外界螞蟻來犯,就會發警訊通知,大批工蟻便會湧向各個通道。像是城堡會放下鍛鐵吊門來阻擋外人進入一樣,小小工匠也會用沙子和泥土完全封死每處通道。只有在螞蟻大軍撤退後很長一段時間,才會重新打開。

1225-臉譜-動物武器-立體書封-new300本文摘自泛科學2016年1月選書《動物的武器》,由臉譜出版。

 


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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。