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德國蟑螂體有「異香」,用便便找朋友

葉綠舒
・2016/04/24 ・1334字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 467 ・五年級

蟑螂實在是非常惹人討厭,而在眾多蟑螂中,尤以德國蟑螂Blattella germanica)最惹人厭煩。不過,雖然名為德國蟑螂,牠其實原產於北非,是居家蟑螂中體型最小的一種(體長約為 1.1 到 1.6 公分)。

德國蟑螂

雖然德國蟑螂不怎麼會飛,但牠卻是蟑螂裡面最會生的。德國蟑螂一年可發生三、四代,產生兩萬顆卵。研究發現,德國蟑螂過著群聚生活,和其他蟑螂接觸可以加速若蟲的發育與性成熟。而且,群聚生活以幫助牠們更容易找到配偶與躲避敵人。有意思的是,德國蟑螂的性費洛蒙並不具有揮發性,一定要靠著以觸角接觸後,才能辨認出對方以完成終身大事。那麼,蟑螂們是如何在孵化後找到彼此的呢?

讀者可能會猜,是費洛蒙(pheromone)。過去的研究發現,費洛蒙的確在這方面有一些角色。蟑螂的表皮以及唾腺會分泌物質,這些物質對於蟑螂的群聚行為會產生影響:表皮所分泌的碳氫化合物會讓牠們想要聚在一起,而唾腺分泌的物質卻會使牠們四散(分散費洛蒙)。不過,除了蟑螂自己分泌的物質以外,最近的研究發現,蟑螂的便便裡面的化合物所發出的氣味,也可以幫牠們找到彼此,而且這便便的氣味主要來自於腸內菌

蟑螂交配

存在在蟑螂便便裡的化合物有超過150種,包括了由直腸腺(rectal pads)所分泌的費洛蒙,與約有 57 個小分子的羧酸VCA,volatile carboxylic acids)等等。由於在其他的昆蟲中(如果蠅與蝗蟲)都可以觀察到腸內菌會影響到費洛蒙的產生,來自北卡(North Carolina State University)的研究團隊想了解腸內菌對於蟑螂的群聚行為是否有影響。

沒蟑螂緣的無菌蟑螂

研究團隊發現,無菌的蟑螂便便裡,這些 VCA 有 31 個完全消失或只剩下不到一半的量,而這些裡面又有 15 種濃度相差了 20 倍。只有三個化合物在無菌蟑螂的便便裡含量高於控制組;而無菌蟑螂的便便完全無法吸引蟑螂(一齡與五齡若蟲)們。

這代表了,在無菌蟑螂便便中消失或大量減少的化合物,才是吸引蟑螂們的關鍵所在。於是研究團隊將在無菌便便中含量變得最低的六個化合物(包括 3-甲基丁酸 3-methylbutanoic acid、戊酸 pentanoic acid、琥珀酸 butanedioic acid、苯甲酸 benzoic acid、苯乙酸 phenylacetic acid與3-苯基丙酸 3-phenylpropanoic acid)配成藥劑進行測試。

結果發現,蟑螂們對於這個藥劑非常感興趣。當研究團隊把蟑螂的腸內菌個別接種回去無菌蟑螂肚子裡的時候,其他的蟑螂就開始對這些便便有興趣了;而且當他們把其中六種細菌混合後接種回去,蟑螂們的反應更好!不過若與有全套的腸內菌的「原味」便便來比較,若蟲們更愛「原味」便便囉!

這些細菌是哪六種呢?它們包括了腸球菌屬的 Enterococcus avium、魏斯氏菌屬的 Weissella cibaria、綠膿桿菌屬的 Pseudomonas japonica 與 P. monteilii、還有鮑氏不動桿菌屬的 Acinetobacter pittii 等。其中,只要接種了腸球菌屬的 E. avium 以後,若蟲們就會開始被便便的氣味吸引了。

過去使用甜味餌誘捕蟑螂,已經造成現在的蟑螂演化成變得比較不愛甜味;或許未來可以從這些 VCA 中找出好的組合,來取代甜味餌作為捕食蟑螂的藥劑喔!

參考文獻:

  1.  Ayako Wada-Katsumata et. al., 2015. Gut bacteria mediate aggregation in the German cockroach. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1504031112
  2.  朱耀沂著。2009。朱耀沂之蟑螂博物學。ISBN 9789862162651。
  3.  Ayako Wada-Katsumata, Jules Silverman, Coby Schal. 2013. Changes in Taste Neurons Support the Emergence of an Adaptive Behavior in Cockroaches. Science. 340(6135):972-975 DOI: 10.1126/science.1234854

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心其他單位需經同意始可轉載


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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


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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。