2020年11月27日 星期五

姬透目天蠶蛾(Antheraea pernyi)有隱形的翅膀

 

姬透目天蠶蛾。圖片來源:維基百科

源自中國南方、天蠶蛾科目天蠶蛾屬的姬透目天蠶蛾(Antheraea pernyi)其幼蟲就是大名鼎鼎的柞蠶,以櫟屬或栗屬植物的樹葉為食,生產自然帶金色的柞蠶絲(tussar silk),為一種貴重的織物材料。據說中國馴化柞蠶已有三千多年的歷史,在漢朝及三國時期,生產柞蠶絲已是一種重要的商業活動。目前商業馴養的柞蠶是姬透目天蠶蛾與A. roylei 的雜交種 Antheraea × proylei

最近布里斯托大學的研究團隊發現,姬透目天蠶蛾的翅膀上的鱗片會吸收超音波。姬透目天蠶蛾的鱗片為多叉形,當超音波打到鱗片上時,鱗片會與超音波的頻率共振,將超音波給吸收掉。如此一來,蝙蝠就無法偵測到牠,也就不會去捕食牠了。鱗片吸收介於20千赫至160千赫的超音波,在低頻時運作的最好(吸收高峰為78千赫,可吸收72%的超音波),而這也是蝙蝠們最常用的頻率。

除了姬透目天蠶蛾,一種源自中非與西非的大型蛾類(Dactyloceras lucina)的鱗片也有類似的構造。

Dactyloceras lucina。圖片來源:維基百科

相同的研究團隊在今年稍早的時候也發現,有些蛾類胸部的毛狀鱗片可以吸收69%的超音波。

許多蛾類的耳朵可以聽到蝙蝠發出的超音波,如此便可以逃避捕食。雖然如姬透目天蠶蛾這類的蛾不具有耳朵,聽不到蝙蝠發出的超音波,但具有可以吸收超音波的翅膀,同樣地可以幫助牠們逃避成為食物的命運。

參考文獻:

PNAS November 27, 2018 115 (48) 12200-12205; first published November 12, 2018; https://doi.org/10.1073/pnas.1810025115

2020年11月25日 星期三

美國短吻鱷(Alligator mississippiensis)的尾巴可以再生

 

圖片來源:維基百科

居住在美國東南部的美國短吻鱷(Alligator mississippiensis)又稱密西西比鱷,體長可達五公尺,為大型鱷魚的一種,具有圓而寬的口鼻部為其特徵之一。鱷魚與蜥蜴雖然看起來有些相似,但牠們同綱(爬行綱)不同目(鱷魚是鱷目,蜥蜴則屬於有鱗目)。

大家都知道蜥蜴可以斷尾求生,但從沒有人看過鱷魚斷尾求生的。最近亞利桑那州立大學的研究團隊發現,未成年的美國短吻鱷的尾巴若被截斷後可以再生一條新的,再生的尾巴可佔體長的6-18%。

過去的研究已經知道,蜥蜴再生的尾巴與原來的尾巴並不盡相同:原來的尾巴有脊椎,但再生的尾巴只有軟骨。美國短吻鱷再生的尾巴一樣不具有脊椎的構造,而是由軟骨組成。但蜥蜴再生的尾巴的軟骨位於尾巴的中心,可是美國短吻鱷的再生尾巴的軟骨位於腹側。另外,蜥蜴再生的尾巴具有肌肉(雖然肌肉纖維分布的長度要比原本的尾巴來的長),美國短吻鱷再生的尾巴卻只有纖維狀的結締組織,由第一型與第三型膠原蛋白構成。這樣的構造與喙頭蜥(tuatara,不是蜥蜴)再生的尾巴以及爪蟾屬(Xenopus)再生的四肢類似,也類似於哺乳類的傷口癒合。

研究團隊認為,研究美國短吻鱷的尾巴再生或許可以幫助我們瞭解更多關於傷口癒合與再生的機制。

參考文獻:

C. Xu et al. 2020. Anatomical and histological analyses reveal that tail repair is coupled with regrowth in wild-caught, juvenile American alligators (Alligator mississippiensis). Sci Rep 10, 20122; doi: 10.1038/s41598-020-77052-8

2020年11月3日 星期二

澳洲發現夜間採蜜的蜂(bee)

 

Reepenia bituberculata. 圖片來源:James Dorey, Flinders University.

蜂(bee)是重要的花粉傳播者,根據維基百科的資料,屬於蜜蜂總科之下,共有將近兩萬種。由於牠們需要採集花蜜做為食物,絕大部分的蜂都是白天出沒,晚上休息。

但也有例外。可能是為了躲避掠食者、也可能是為了避開與其他蜂系昆蟲的競爭,有些蜂選擇了在傍晚或夜間出沒。最近福林德斯大學(Flinders University)的博士候選人James Dorey整理了他對兩種在傍晚與夜間出沒的蜂的資料,發表在期刊上。

這兩種蜂,Reepenia bituberculata 與 Meroglossa gemmata,與日間覓食的蜂相比,牠們的複眼與單眼都比較大。

這類的蜂又可細分為只在傍晚與清晨出沒的蜂、只在夜間出沒的蜂、以及以上時間都會出沒的蜂等。可能是因為技術上的困難,過去對這類的蜂觀察不多,但隨著攝影科技的進步,應該可以觀察到更多的例子。

參考文獻:

J.B. Dorey et al. 2020. Morphometric comparisons and novel observations of diurnal and low-light-foraging bees. Journal of Hymenoptera Research 79: 117-144; doi: 10.3897/jhr.79.57308

2020年10月31日 星期六

用腳聽聲音的蜘蛛Deinopis spinosa

 

非當事蜘蛛。圖片來源:維基百科

鬼面蛛科(Deinopidae)的蜘蛛會將自己的蜘蛛網掛在步足上,當有獵物靠近時,鬼面蛛科蜘蛛會伸長步足使蜘蛛網貼近獵物,最終將獵物糾纏在蜘蛛網上,因此又被俗稱為「撒網蜘蛛(net-casting spider)」。

其中原產於美國南部、加勒比海區域與南美洲的Deinopis spinosa(俗稱「食人魔臉撒網蜘蛛」,ogre-faced net-casting spider),除了會撒網捉住位於其下方的蟲,還能以後空翻方式來捉住從上方經過的蟲。

過去已知牠是依靠視覺來捉住位於下面的蟲,因為當研究團隊把讓蜘蛛看不見,牠就不能捉位於牠下方的蟲了。但是從牠上方經過的蟲,很明顯是位於牠的視覺範圍之外,牠是怎麼「看」到的?

研究團隊懷疑牠可能是用聽覺--可能是利用位於腿上稱為「蹠骨器(the metatarsal organ)」的器官。

於是他們測量個別腿對聲音的神經反應,結果發現蜘蛛腿上的「蹠骨器」對一百到一萬赫茲(hertz)的聲音會產生反應,只要在這個範圍內的昆蟲聲音一發出,蜘蛛立刻就來個後空翻~Gotcha!

參考文獻:

Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2020.09.048

2020年10月30日 星期五

章魚(octopus)用吸盤嚐味道

 

章魚。圖片來源:維基百科

章魚是頭足類八腕目動物的總稱,牠那靈活的八條腿(其實是腕足)上具備了許多吸盤(一般約為110-130個左右),可以吸住物體再把它打開。

看到那些腕足與吸盤總以為就是用來攫取物體用的構造而已,但最近哈佛大學的研究卻發現,在章魚的吸盤的第一層細胞上有著趨化性受體(chemotactile receptors),可以讓牠們在抓住東西的時候同時嚐一嚐這東西有什麼味道。

有趣的是,這些趨化性受體嚐到的分子主要是脂溶性的萜類化合物(terpenoids),而非水溶性的糖類或蛋白質。

應該就是因為章魚的腕足又要負責攫取、又要同時品嚐味道,所以章魚的神經有三分之二都分佈在腕足上。而控制這些腕足的神經並不完全由腦來指揮,所以若牠的腕足被切掉一條,被切除的部分一時之間也還是會動甚至會攫取物體喔。

參考文獻:

van Giesen et al. Molecular basis of chemotactile sensation in octopus. Cell, 2020 DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.008

2020年10月22日 星期四

惡魔鐵甲蟲(Phloeodes diabolicus)怎麼會那麼硬?

 

惡魔鐵甲蟲的標本。圖片來源:維基百科

全世界最硬的生物可能就是牠了!生活在美國西岸與墨西哥的惡魔鐵甲蟲(Phloeodes diabolicus)屬於瘤擬步行蟲科(Zopheridae),沒有翅膀不會飛,但是身體外殼卻異常地堅硬。

硬到什麼地步呢?根據實驗室的測試,惡魔鐵甲蟲可以抵抗150牛頓的施力而不會被壓扁。這樣說可能大家沒什麼概念,150牛頓相當於牠體重的三萬九千倍,而一般的甲蟲用不到一半的力量就扁了。

一開始牠被注意到有堅硬的外殼,是因為製作標本的時候發現標本針戳不過去,繼續用力戳的結果就是標本針彎了,但蟲蟲卻沒有損傷。最後只好用鑽洞的才能在殼上鑽一個洞。

最近普渡大學與加大爾灣分校的研究團隊,對惡魔鐵甲蟲發生了興趣,想知道為什麼牠的外殼可以這麼硬。研究發現,原來牠的外骨骼之間以類似拼圖的樣子拼接起來,這使得牠能夠承受超高重力而不爆裂。

外骨骼之間的拼接形式很像拼圖。圖片來源。另有影片解說。

研究團隊認為,對惡魔鐵甲蟲結構的研究,可以應用在許多結構的設計上。過去連接兩片金屬的方式多半都是使用螺栓之類,而這類的連接構造除了會增加重量,使用久了以後會產生裂痕也會生鏽。或許跟惡魔鐵甲蟲學習,可以製造出更監韌也更輕的構造。

參考文獻:

Jesus Rivera, Maryam Sadat Hosseini, David Restrepo, Satoshi Murata, Drago Vasile, Dilworth Y. Parkinson, Harold S. Barnard, Atsushi Arakaki, Pablo Zavattieri, David Kisailus. Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle. Nature, 2020; 586 (7830): 543 DOI: 10.1038/s41586-020-2813-8

2020年10月14日 星期三

蚊子(mosquito)的味覺

 

埃及斑蚊(Aedes aegypti)。圖片來源:維基百科

大家都知道只有懷孕的雌蚊會咬人吸血,因為血液比起花蜜來說,是養分更高的食物。但是是否曾想過蚊子會不會也跟人一樣有味覺,可以辨識花蜜與血液的不同呢?

最近洛克菲勒大學的研究發現,雌蚊的味覺系統的確可以讓牠們辨識出血液與花蜜的不同。研究團隊發現,雌蚊的口器(stylet)裡有三套感覺感受器,其中兩套為雌蚊獨有,另一套則是雌雄蚊都有。研究發現,這些感覺感受器可以偵測到血液。

接著研究團隊以生物科技讓蚊子的神經在興奮時會發出螢光,用來偵測蚊子是否在嚐到花蜜與血液時會有不同的反應。當然,過去對蚊子(埃及斑蚊)的觀察發現,牠們在吸食花蜜與吸血時會有不同的行為:只有吸血的時候會使用口器。既然這樣,神經系統在嚐到花蜜與血液時會有不同的反應也不意外。結果研究團隊發現,當蚊子嚐到葡萄糖溶液(花蜜與血液都含有葡萄糖)時,口器中的那兩套感覺感受器並沒有出現興奮的現象;但若在葡萄糖溶液中添加了重碳酸、食鹽與腺核苷三磷酸(ATP),蚊子的感覺感受器就出現興奮的反應,且其程度與嚐到血液時相同。也就是說,蚊子的確對血液有不一樣的反應,而這個反應可以用四種化合物(葡萄糖、重碳酸、食鹽與ATP)來重現。

過去的研究發現,在遠距離時,蚊子主要是依靠發現二氧化碳的痕跡來找尋可能的目標;當牠循上風越飛越近以後,溫度(體熱)、水蒸氣(汗液蒸發)以及視覺的刺激(穿的衣服或是生物的毛皮顏色)便成為辨別目標物的主要條件。而這篇研究發現,蚊子的確可以從味覺上辨識出血液與花蜜的味道有不同。但筆者還是很好奇,為什麼有些人就特別容易被蚊子叮咬?過去曾有針對鋏蠓的研究發現,人身上微生物菌叢的多樣性會影響到鋏蠓對宿主的偏好(多樣性高的人比較不容易被叮咬),但不知道蚊子是否也有類似的狀況呢?

在本篇研究中,研究團隊發現只需要四種化合物就可以引發蚊子的味覺反應;可惜研究團隊沒有試試看,到底這四種裡面,什麼樣的組合所引起的反應是最好的?由於人似乎不能嚐出ATP的味道(研究團隊親自測試過了),不知道蚊子是否能嚐出ATP的味道呢?

參考文獻:

Veronica Jové, Zhongyan Gong, Felix J.H. Hol, Zhilei Zhao, Trevor R. Sorrells, Thomas S. Carroll, Manu Prakash, Carolyn S. McBride, Leslie B. Vosshall. Sensory Discrimination of Blood and Floral Nectar by Aedes aegypti Mosquitoes. Neuron, 2020; DOI: 10.1016/j.neuron.2020.09.019