生物科

有一天上自然課前，我們在儀器室的櫃子內，發現了一隻體型特別“嬌小”的蟑螂，牠和家中廚房常見到的“大蟑螂”有很大的不同，於是在好奇心的驅使下，我們請教了少年科學勵進會的楊主任和賴老師，賴老師說在我們的居家環境中，有很多不同種類的蟑螂，如果想要認識牠們，為什麼不去進行調查研究呢？所以，我們就組成了「蟑螂研究隊」，開始進行一整年的調查研究。

有一天，偶然發現到家裡房間的一株盆栽向窗外歪斜生長，心中充滿蠻大的疑問，奇怪！為什麼會有這種現象呢？我為了獲得解答，於是翻閱參考書籍，並向老師請教，才了解這應該是植物具有向光生長的特性，所以，它才會向窗外彎曲。不過，雖然如此，仍然不能完全滿足我的好奇心，很想多瞭解植物的「向光性」，就找了幾位有興趣的同學一起去探討。

“花粉的形態與萌發”的實驗是高中生物教材第九章─“種子植物”的補充實驗課程(1)。在去年準備生物科實驗操作競賽練習此實驗時發現當時所採集之材料，根據課本所提供之方法進行，無論如何嘗試，均不萌發，連老師都無法解釋清楚。但是查遍所有參考文獻，真正討論花粉的資料實在很少，且大都是探討花粉形態學(Palynolgy)，甚至原文資料亦十分貧乏，故引起我們對此一問題的強烈興趣。

近年來，隨著癌症人口的激增，及一些食物中天然存在或加工過程中衍生出的致突變物質之陸續發現，人們開始注意到含黃樟素， Pyrrolizidine 生物鹼， alkaloid 生物鹼等食物的致癌性和致突變性。而可可鹼( theo bromine, 3 , 7 -dimethylxanthine )，咖啡因( caffeine )，茶葉素( theophylline )，為 alkaloid 生物鹼的三種主要化合物。只要是嗜好可樂或巧克力甜食的人，就免不了和可可鹼有長時間且高頻率的接觸，這不禁令人對可可鹼是否造成遺傳物質的傷害，感到好奇。

當我們在學校做實驗時觀察各種動物的紅血球，會發現不同動物其紅血球的大小、形狀乃至有無細胞核都有不同程度的差別，為什麼不同動物的紅血球有這些差別呢？於是進行探討脊椎動物紅血球的實驗。

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。

本研究在北壽山地區及人為環境中分別探究、歸納並比較溝渠豹蛛的產卵與護幼行為，配合時序持續約二年得到下述結論： 一、 溝渠豹蛛和他種蜘蛛在雌雄特徵及卵囊孵化過程上差異不大，為了適應育幼則有特殊的外形及生活習性。 二、 天然環境及人為環境飼養的溝渠豹蛛，都表現出一致的產卵及護幼行為，但卵囊大小及孵出若蛛數量則不同。 三、 溝渠豹蛛在育幼過程遇到干擾時，對於負掛卵囊及背負若蛛仍克盡職守，不離不棄，期間共約三週之久。 四、 徘徊性異於結網性蜘蛛的若蛛數量及獨立離群方式。若蛛空飄的方向與當天的光源有關。 五、 溝渠豹蛛在帶卵時期有趨向較溫暖環境的習性，但無趨光性。 六、 溝渠豹蛛明顯在育幼過程中較其他種類用心，若蛛的存活數也增加，未來生物科技領域研發蛛絲或蛛毒的用途時，可將溝渠豹蛛作為繁殖量產的種類之一。

暑假時，信步在植物園觀賞荷花，發現水面上長滿了一大片的浮萍。仔細一看，發現在這一大片的浮萍當中，有的形態並不相似。於是我們提出了下列幾點疑問：一、浮萍到底有幾種。二、台灣具有那些種類的浮萍。三、它們的差異性何在。四、它們具有什麼樣的關聯性。由於好奇心的趨使，引發我們對浮萍做了一系列的研究。

以『棉桿竹節蟲』為題材，曾多次在科展中出現，其重點在於棉桿竹節蟲的避敵行為探究（49屆〉及生活史觀察（49屆〉。而我們以深入探究影響棉桿竹節蟲生長的各項因子中發現: 棉桿竹節蟲會因食草、環境溫度的不同而在生活史上產生長短的差異，產卵量及卵的孵化率亦有不同，且在產卵期的平均總產卵量在100~200顆/隻。若蟲體色會因低溫改變原本翠綠的體色自然轉而成為麥褐色，與前報告中：須作人為因素改變（49屆〉有不同觀察所得的。 在本研究中另發現：專一食用朱槿全花的棉桿竹節蟲遠較吃其他食草的棉桿竹節蟲可存活天數明顯長許多。食用朱槿全花的棉桿竹節蟲也會產卵，但卵的孵化率極低，若蟲存活率為『0』。

我們在去年看到學校附近農人，用除草劑噴灑菜園裏的雜草，聯想到除草劑會不會直接影響到蔬菜的生長？如果會影響蔬菜的生長，對農人來說，不是很有損失嗎？所以在全縣第廿三屆科學展覽會以「除草劑會影響蔬菜的生長嗎？」做題材，實驗觀察，但是因天候不好及控制變因條件不夠，所以指導老師請我們再深入做好這種實驗觀察。