1

0
0

文字

分享

1
0
0

胡蜂認得出彼此的臉孔

陸子鈞
・2011/12/03 ・266字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 474 ・五年級
相關標籤: 胡蜂 (3) 臉 (3)

胡蜂像許多猿猴一樣,會辨認臉孔。胡蜂(Paper Wasp: Polistes fuscatus)臉上有著明顯可供辨識的褐色、淡黃色色塊。一則發表在《Science》的研究中,科學家將不同隻胡蜂的「肖像」擺在叉道的兩邊,讓它們學會一張肖像代表危險的叉道,另一張則代表安全。胡蜂會較準確且快速飛到代表安全的「肖像」那邊-顯示它們認得出「肖像」間的差異。不過它們並非神準,當科學家利用修圖軟體將肖像中的觸角移除,它們見無法認出臉孔,可能就像人無法認出沒有鼻子的另一個人一樣。

資料來源:ScienceShot: Wasps Spot Familiar Faces [1 December 2011]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
所有討論 1
陸子鈞
294 篇文章 ・ 5 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。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
251 篇文章 ・ 321 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

1

5
0

文字

分享

1
5
0
濫用 Deepfake 製作換臉影片,有哪些法律責任?
法律白話文運動_96
・2022/01/25 ・5284字 ・閱讀時間約 11 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者:黃伊平/執業律師,台北大學法學碩士

編按:在出現Deepfake之後,網路世界進入了「眼見不為憑」的年代。

本次泛科學和法律白話文合作策畫「Deepfake 專題」,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應。科技在走,社會和法律該如何跟上、甚至超前部署呢?一起來全方位解析 Deepfake 吧!

網紅小玉涉嫌利用人工智能 AI「Deepfake」(深度造假)技術,把多位公眾人物的臉部圖像移花接木到色情影片的主角身上,重製成「換臉影片」,並成立「台灣網紅挖面」社群,供人付費觀看,以獲取不法利益。被害人數眾多,其中不乏藝人、政治人物、知名網紅等。

而未經當事人同意,製作「換臉」的影片,這樣的行為會觸犯那些法律呢?

https://www.youtube.com/watch?v=8g4KiSK0p4U

換臉影片觸犯《刑法》哪些罪名?

換臉影片屬於新型的數位性犯罪,在台灣還沒有處罰前例,目前大多認為可能會涉犯《刑法》的「散布猥褻罪物品罪」和「妨害名譽罪」。

「散布猥褻物品罪」包括哪些具體行為?

首先,刑法處罰「散布猥褻物品」的行為,依照實務見解是指:「客觀上足以刺激或滿足性慾,內容可與性器官、性行為及性文化的描繪與論述聯結,且引起一般人羞恥或厭惡感而侵害性的道德感情,有礙於社會風化的狀態」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

具體來說,「Deepfake」換臉影片的劇情,如果含有「暴力、性虐待或人獸性交」的情節,或雖然無關「暴力、性虐待或人獸性交」,但有引起一般人羞恥的性器官裸露、性行為的內容,且缺乏適當的安全阻隔措施(例如沒有用包裝隔絕並標示「18 禁」),就會違反《刑法》的散布猥褻物品罪,刑度是 2 年以下有期徒刑、拘役或科或併科 9 萬元以下罰金。

實務上,曾有人不滿女友提分手,憤而把交往時拍攝的女友裸體照片散布在社群網站 Instagram,被法院判拘役 50 天,並以「一天 1000 元」易科罰金。

還有一則案例是前男友在兩人分手後,在網路論壇上傳親密影片供人瀏覽,被害人直到聽朋友說網路上有疑似自己的性愛影片,才知道受害。而觸法的前男友,也被法院判有期徒刑 3 月,緩刑 2 年。

將他人的裸照發佈在 IG 上,就有可能成立「散布猥褻物品罪」。圖/envato elements

另外,如果換臉影片的內容涉及「未成年人」,加害人除了違反《刑法》的散布猥褻物品罪外,還會同時觸犯保護兒少所特別制定的《兒童及少年性剝削防制條例》——如「拍攝、製造兒童或少年為性交或猥褻行為之電子訊號罪」以及「散布少年為性交及猥褻行為之電子訊號罪」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而且,基於特別法優先於普通法的原則,加害人將會被用刑責較重的《兒童及少年性剝削防制條例罪》來處罰。

舉例來說,有個案例是被告在拍攝自己跟未成年人的性愛影片後,用影片要脅被害人,又把影片上傳到色情網站。針對拍攝影片的行為,被法院處有期徒刑 1 年 1 個月;恐嚇未成年人的部分,則被處有期徒刑 3 個月,得易科罰金;最後,散布猥褻影片的部分,被處有期徒刑 6 個月,得易科罰金。

不過,並非所有傳送裸露照片的人都會被定罪,還需要達到「散布」的程度,實務就曾有被告先拍攝被害人跟自己性交時的照片,還有被害人的大腿、胸部等私密處,再將照片傳送給某位網友觀賞;法院認為,被告只有把照片傳給「1 名」網友,不算是「散布」,就不能用散布猥褻物品罪處罰。

並非所有傳送裸露照片的人都會被定罪,還需要達到「散布」的程度。圖/envato elements

換臉影片又為何符合「妨害名譽」?

所謂妨害名譽罪,包含「公然侮辱罪」和「誹謗罪」兩種類型。兩者的共同點,都是在保護人民的名譽免於侵害,但差別在於:前者是透過「表達意見」來侵害名譽,後者則是用「陳述事實」的方式來做。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

實務上,有法院用「事實能否驗證」的判準來區分「公然侮辱罪」和「誹謗罪」。

換言之,如果行為人的言論,語意脈絡空洞而無意義,無法客觀檢驗所依附的事實,僅讓被害人主觀評價下的感情或名譽意識受損,就屬於「侮辱」;反之,如果語意脈絡具體而有意義,客觀上可以清楚理解、辨識指摘的特定事實是什麼,此時就傷害到被害人客觀外部的名譽,就是「誹謗」要處理的範疇。

舉例來說,曾有被告在他人臉書專頁文章下留言「智障超譯的女表子」等文字,法院認為「婊子」是針對撰文者的「性別」的侮辱性用語,判被告犯刑法的公然侮辱罪,處罰金2千元。

另則案例是:被告在臉書社團爆料公社上,張貼指摘被害人是「史上地表最強小三」等內容的文章,法院認為被告用散布文字的方法,指受害人是介入他人婚姻關係的第三者,足以貶損人格尊嚴與社會評價,所以觸犯刑法的加重誹謗罪,處拘役 45 日,得易科罰金。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
在網路上對人謾罵,就有可能被判「妨害名譽罪」。

那 Deep fake 換臉影片到底觸犯「公然侮辱罪」還是「誹謗罪」呢?

由於影片已直接將被害人的臉置換到 AV 內容當中,雖然沒有明確使用侮辱或謾罵被害人的文字,但影片本身已足以向觀賞者傳達「羞辱、侮蔑」被害人的意味,並讓被害人感受到極大的輕視和痛苦,所以可能會成立刑公然侮辱罪。

而含有性交和裸露鏡頭的換臉影片,一旦在網路流出後,不免有人會相信影片主角有拍攝的事實,將嚴重影響被害人在一般人心中的名譽和社會地位,所以也可能會成立加重誹謗罪。

而觸犯刑法公然侮辱罪,可處拘役或九千元以下罰金;觸犯刑法加重誹謗罪,則將處二年以下有期徒刑、拘役或三萬元以下罰金。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

換臉影片觸犯了《個人資料保護法》!

所謂「個人資料」,依規定包括:任何足以辨識個人的資料,包括姓名、生日、特徵等。由於製作「Deepfake」換臉影片,勢必會擷取被害人的臉部照片,而可以辨識個人的「臉部特徵」,實務肯認這就屬於《個人資料保護法》所要保護的「個人資料」。

每個人的「臉部特徵」都屬於個人隱私的一部分。圖/envato elements

而個人資料的蒐集、處理及利用,原則上需要得到當事人本人的同意,僅當政府機關基於法定目的,或私人基於契約關係、或其他重要的公共利益時,才能在不經同意的前提下,合理使用,但無論如何都不能侵害當事人的利益。否則,可能就會違反「非公務機關非法利用個人資料罪」,最高可處 5 年以下有期徒刑,得併科 100 萬元以下罰金。

類似案例像是:被告未經被害人同意,就在臉書社團張貼被害人的姓名、年齡、地址、個人大頭照、生活照、住家外觀照片,同時發表「小心這個人外表會騙人,目前侵占案避不見面」等言論。法院認為,被告把自己跟被害人間的債務糾紛私怨訴諸公眾,將被害人的個人資料揭露在臉書社團專頁,顯然侵害被害人的資訊隱私或自決權,觸犯個人資料保護法罪名,處有期徒刑 3 月,得易科罰金。

此外,為了製作 Deep fake 換臉影片,勢必使用明顯能夠辨識被害人的臉部照片,且非出於任何公益目的;依個資法,加害人就該負起「損害賠償」的責任!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

肖像權被侵害,可依《民法》請求賠償

《民法》保障每個人的肖像權,這是一種「個人決定肖像是否公開的權利」,肖像權人可以自己決定是否揭露自己肖像,並決定在何種範圍內、何時、以何種方式、向何人揭露。

因此,如未經同意,就拍攝、重製他人的肖像等,就會侵害肖像權。

過去曾有案例,被告未經他人同意,就把被害人的照片後製,在臉上增加手掌圖案,並刊登在網路,表示「打臉」的意思,即使被告辯稱是為了評論與公益有關的事項,才製作網路圖片,但法院認為被告「並沒有」利用被害人肖像的權利,而以網路方式公開打臉圖片,已嚴重侵害被害人的肖像權。被害人除了可以請求刪除打臉圖片,也可以要求賠償自己的精神上損害。

(非當事打臉圖)

因此,那些臉部照片遭盜用、被製成換臉影片的被害人,可以依法請求製作者刪除影片,並請求慰撫金──具體來說,法院將依照實際加害情形、所造成的影響、被害人痛苦的程度、雙方的身分地位、經濟情形及其他各種狀況,以確認合適的賠償金額。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

換臉也是「性騷擾」,可以申訴啟動調查

什麼是性騷擾行為?《性騷擾防治法》指出:像是那些違反被害人意願,播送跟性或性別有關的影像,而有損害被害人的人格尊嚴,造成被害人感受敵意或冒犯的情境。

而換臉影片將被害人照片後製成 A 片主角,彷彿讓眾人看見赤裸裸的自己,使被害人深感冒犯和不舒服,就是一種性騷擾。

性騷擾事件的被害人可向直轄市或縣(市)主管機關提出申訴,主管機關即應開啟調查程序,並可依法對行為人處以新臺幣一萬元以上十萬元以下罰鍰。

而有鑑近年數位和網路性別暴力案例頻傳,行政院性別平等會更在今年 110 年 2 月 3 日,發布「數位/網路性別暴力之定義、類型及其內涵說明」一文,內容是參酌 CEDAW 一般性建議第 19 號第 6 段意旨,明確定義數位/網路性別暴力,明列數位/網路性別暴力的態樣,其中就包括「未經同意散布與性/性別有關個人私密資料」,並表態有意擬定相關防治政策、訂修法規,有待後續明顯進展。

「換臉 A 片」也是一種性騷擾。圖/envato elements

要求換臉影片下架,有法律機制嗎?

被害人若發現某網路平台上有換臉影片,可以要求業者將影片下架嗎?

關於網路平台業者有無管制用戶言論的責任,曾有判決指出:網路業者並非司法機關,沒有判斷用戶行為是否構成侵害他人權利的權限,且若平台判斷錯誤,將有侵害言論自由的疑慮。為了兼顧用戶的言論自由及保護被害人權利,網路業者只有在「明知或有相當理由足認確實發生侵權行為」時,才有採取防止措施(例如刪文)的義務。

換言之,在侵權事實水落石出之前,依照法院的慣例,網路平台業者可能沒有主動和積極管制用戶言論的權責,被害人除非能證明權利受到侵害,才能要求網路平台業者下架影片,較難及時避免損害繼續擴大。

為了處理這樣的進退兩難,行政院在 107 年 4 月 27 日提出《數位通訊傳播法草案》,明定網路業者對提供使用的資訊,應負擔法律責任──當被害人告知或警察機關通知有侵權的內容,網路業者就應採取適當的處置並保全證據。

業者如果確實在合理期間內移除侵權資訊,並好好保全相關證據,就可以免除後續的賠償問題。因此,本草案如經未來立法院三讀通過,可望附加網路業者更多積極管制換臉影片的措施。

圖/envato elements

此外,依照《兒童及少年福利與權益保障法》的要求,須設立「iWIN 網路內容防護機構申訴管道」。若民眾發現有害兒少身心健康的網路色情內容時,可以向 iWIN 網路內容防護機構提起申訴,iWIN 機構將依規定進行查證,如查證屬實,即通知業者移除或改善,若屆期未移除或改善,主管機關可以對業者進行裁罰。

水能載舟,亦能覆舟,科技的發展原意是要改善人們的生活,然而一旦遭有心人濫用,所造成的危害,將是遠遠超出我們的想像。

如長期氾濫的虛假訊息、以及層出不窮的網路性暴力威脅,除了有賴立法管制,也不該忽略加強對網路使用者的教育宣導,而將性別平權的概念深植到每個人的心中,才能從根本解決網路/數位的性別暴力現象。

願立法追上科技的腳步前,我們每個人都自動自發地成為 Deep fake 換臉影片的終結者。當看見非法的色情影片,不下載、也不分享,提出檢舉,終結那些血淋淋傷害持續擴大的可能性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 1
法律白話文運動_96
26 篇文章 ・ 531 位粉絲
法律白話文運動」是致力於推廣法律知識與法治思想的獨立媒體,願與讀者一起從法律認識議題,從議題反思法律。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
蟻生online上線:如何決定成為要生寶寶或是做工的螞蟻?
寒波_96
・2018/12/24 ・2703字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

螞蟻這種昆蟲,以分工合作著稱大部分螞蟻算是社會性昆蟲。而多數種類的螞蟻女生分為「蟻后」與「工蟻」兩種角色蟻后不工作,專職生寶寶;工蟻只會工作,沒有生殖能力。

講得更專業一點,螞蟻分工為蟻后與工蟻的狀態稱作「真社會性 (eusociality)」。除了螞蟻之外,白蟻、蜜蜂也算是真社會性的昆蟲,不過歷史上它們卻是獨立起源,與螞蟻演化為真社會性是無關的獨立結果。

超英雄蟻人與黃蜂。圖/取自 marvel

由同一位母后生育,蟻后與工蟻在遺傳上配備同一套 DNA,卻會發育為截然不同的兩種個體,顯然是由於基因不同的表現所致。因此要研究影響真社會性發展的基因,必需從基因調控下手,比較蟻后與工蟻之間,在同樣的基因表現上的差異。

基因本身是 DNA 序列,會先轉錄為 mRNA,再轉譯為蛋白質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了研究基因表現差異,近年流行的一種分析方法是,搜集樣本內所有 mRNA 片段,再全部定序取得「轉錄組 (transcriptome)」;若是定序到愈多 mRNA 片段,意謂基因量表現愈高。

今年發表的論文中,採取這個方法比較工蟻與蟻后的基因表現差異,可以發現在分析的 7 種螞蟻中,都觀察到有一個基因的表現量差異明顯,那就是 insulin-like peptide 2(簡稱 ILP2)。[1][2]

各位大概都聽過胰島素,除了和糖尿病有關,胰島素也影響許多發育和生理功能。螞蟻有兩個胰島素基因,一號的功能比較不同;而這回找到的二號和其他生物差不多,本文之後就直接稱作胰島素。

左邊是各種螞蟻間的親戚關係,右邊是 7 種用於分析的螞蟻。將生殖與不生殖個體間 ilp2 基因的表現量比較後,可以發現都是生殖的個體明顯高於不生殖的個體。圖/取自 ref1

胰島素讓螞蟻當媽媽

論文分析的 7 種螞蟻的胰島素表現量,在會生寶寶的女生中都比較高;相反的,不生的都比較低,可見胰島素對螞蟻生育能力的影響,或許是普遍現象。研究團隊挑選其中一種螞蟻,畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) 深入調查,這種螞蟻比較特殊,她們沒有蟻后,也沒有男生,是全女生團體;而所有畢氏粗角蟻平時都是會工作的工蟻,她們會等時候到了再把肚子搞大變蟻后,接著一起用孤雌生殖生寶寶。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

大多數種類的螞蟻是把工作拆開,分工為蟻后/工蟻;不過同一隻畢氏粗角蟻卻會經歷生寶寶、育幼的循環,她們會這週當蟻后,下週就改當工蟻。

螞蟻製造胰島素的地方是腦袋,比較不同時期,能觀察到胰島素產量會在生寶寶的時候增加,等到不生的階段便開始降低。神奇的是,假如把蟻巢中的寶寶移除,本來當工蟻的個體胰島素又會開始上升,準備生寶寶。這表示畢氏粗角蟻的生殖狀況,受到寶寶存在與否影響,與營養優劣沒有直接關係。

畢氏粗角蟻在不同階段,ilp2 基因的表現變化。圖/取自 ref1

不過研究者也發現,營養狀況仍然對生育能力有點影響。儘管沒有蟻后,畢氏粗角蟻仍有些個體的體型較大、卵巢較多、生育能力更強。這款有女王屬性,卻又不是蟻后的女王化工蟻,英文稱為「intercastes」,目前沒有慣用的中文翻譯,有人翻譯為「中間階級」,或許「女王工蟻」更加傳神。特點是她們的胰島素基因表現量也普遍比其他同類更高。而比較分析發現,在成長過程中較為滋潤的寶寶,發育為生育能力較佳的女王工蟻的機率也比較高。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

令人震驚,只差一個胰島素基因,就足以決定螞蟻的生殖能力!此一研究大大增進我們對真社會性的認識,非常有價值。同樣值得玩味的是,論文在取得確信無疑的結果以後,筆鋒一轉,就開始探討真社會性的起源與演變。

螞蟻社會,從個體戶到社會化的昆蟲

螞蟻的祖先類似胡蜂,是非社會性的個體戶生物,後來才演化為現在分工為蟻后/工蟻的真社會性。可想而知,由個體/個體,演變成蟻后/工蟻的路上,一定存在半分化的階段。

被人為塗色的畢氏粗角蟻。這種螞蟻之前成為第一種成功被 CRISPR 基因改造的螞蟻。圖/取自 eurekalert

如今的螞蟻,擁有蟻后是常態,所以沒有蟻后的畢氏粗角蟻反而算是特例。畢氏粗角蟻的演化過程中,一度也曾經有過蟻后,後來才又失去;也就是在螞蟻共同祖先由沒有差異的個體/個體,完全分工化為蟻后/工蟻的社會化階段後,畢氏粗角蟻隨後才再度演變成,蟻后與工蟻不分化的狀態。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不過論文的討論中卻把畢氏粗角蟻,類比為螞蟻的真社會演化史上「半分化」的階段。別出心裁的研究者用畢氏粗角蟻,蟻后/工蟻分工化完成後,卻又失去分工差異的特例去類比,推測當年眾家螞蟻仍處於共同祖先,仍屬於初步分化時的階段。

螞蟻變成真社會性的演化過程:

一開始,螞蟻的祖先類似胡蜂,是只有欠缺差異的個體們。後來雖然仍然都是個體,卻漸漸區分出比較會生,以及比較不會生的個體,於是發展出初步的真社會性;此一史上曾經經歷的階段,如今已經見不到了,論文作者才只好用畢氏粗角蟻類比。

接著則是進一步分工化:比較會生的個體,演化成只會生殖的蟻后,比較不生的個體則完全失去生育能力,形成專職工作與育幼的工蟻,達到全面分工的真社會性。只有少數如畢氏粗角蟻般的螞蟻,又在隨後的演化中失去蟻后,轉變成所有成員都會輪流生育的個體,形成特殊的真社會性狀態。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這是個非常重要的發現,其論文寫法也很有意思。

延伸閱讀:

參考文獻:

 

  • 勘誤:修改「品種」為「種類」。(2019/1/10)

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
寒波_96
193 篇文章 ・ 1171 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。