全國中小學科展

一線署光是昆蟲逃生的契機或死亡的陷阱

科展類別
全國中小學科展
屆次
第41屆--民國90年
科別
生物科
得獎情形
第三名
學校名稱
台北市立麗山高中
指導老師
秦嗣德
作者
黃上銓
關鍵字
日週律動、固定動作模式FAP、趨性Taxis

摘要或動機

無意間觀察到昆蟲〔蜂蜜、蝴蝶、蜻蜓、蒼蠅…等〕物闖入玻璃屋竟然不會尋原路或旁邊的出口逃生,反而往位於屋頂上方的玻璃鑽或衝,Why?由陽光光譜開始研究,藉由氙燈集分光儀測定「單一波長及光強度對蜂蜜趨光反應的影響」,再設計一套「明/暗對比差值試驗」,找出啟動趨光反應開關的最關鍵因素—「光的明/暗對比差值的規律性」,並發現蜂蜜的趨光反應明暗對比差值在暗適應呈等差級數,在光適應呈等比級數,有兩套機制交互應用,接著證實「蜂蜜對各波長趨光感度強弱與日週律動(Circadian rhythm)有密切關連」,同時發現蜜蜂在18:00回巢後其趨光機制有關閉現象,此與其生理時鐘的恆定性相符合。另外發現日晝期間蜂蜜對紫外光一直保持極高感度,合理推測,其係演化留下警戒逃生的本能,為了由生物內部生理反應來印證上述外部刺激影響生物行為試驗所得結果,又一頭栽進「視神經電生理」領域的實驗,發現蜜蜂複眼上方部位對UV感度特別靈敏,最後再回歸當初迷惑的地點〔玻璃屋現場〕,進行一連串再確認的行為試驗,終於找到答案。蜂蜜〔昆蟲〕為什麼往屋頂方向的玻璃衝或鑽呢?綜合實驗結果判斷如下:當蜂蜜飛行→遇阻礙物,且不適合生存→開始逃生→FAP反應,趨向陽光較量處→再遇阻礙物→FAP反應,在趨向陽光較量處,如此反覆進行。只要有明/暗情況存在,亮處變成一刺激源,除非把刺激源消除或移位,否則蜂蜜一受到刺激一定會有FAP反應,一直到超越阻礙物或體力衰竭而死亡。當蜂蜜〔昆蟲〕飛行遇阻礙物無法順利通過或離開,且該環境無食物補充體力,留久必死,因此警覺系統發現必須逃生的反應,蜜蜂會運用其趨向陽光的本能〔演化結果〕作逃生工具尋找生機,至於觸動”趨光”反應的開關,繫於明/暗對比,每當光有明/暗對比差時,蜜蜂就會有趨向光度較強〔亮〕之處的現象,此反應係一種固定動作模式(Fixed Action Pattern﹝FAP﹞,FAP是物競天擇演化結果的一種天生能力,在許多動物表現例子中,常會有無盡似重覆性的機械動作。至於趨光性的趨性(Taxis)是定向運動,會呈現或多或少且無意識的朝向或遠離某些刺激。本研究證實〔日行性昆蟲〕蜜蜂需要逃生時會利用”趨向陽光較亮處”的本能做逃生工具,而且依紫外光的強弱對比差作趨光逃生方向的主要依據。因此,一線署光是昆蟲的逃生契機而非死亡陷阱,有陽光的地方就有紫外光,紫外光愈強,表示其陽光直接照射而沒有被阻隔,亦即屬於較空曠,安全的空間,換句話說,蜂蜜會利用陽光中的紫外光強弱作為判別四周環境是開闊或被隔絕。


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