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動物學

全臺新記錄種皺家蟻特徵、習性及其偷懶行為之研究

本研究藉由觀察及設計掉落式陷阱分析校園內螞蟻生物多樣性,發現校園螞蟻種類多達12種,而其中「新皺家蟻」經專家鑑定為全臺新記錄,而其特徵與同屬螞蟻不同處為觸角節數,「新皺家蟻」為11節,其餘皆為12節;而前伸腹節刺與同屬蟻種均不相同,「新皺家蟻」及日本皺家蟻皆為一巢多后制,前者依營養需求轉換進食對象,後者偏好肉類蛋白質。在養殖時發現其反抗能力相對於同屬蟻種差,且工蟻大多時候都在偷懶,深入探討後發現牠們是在等待任務,但當積極工蟻疲勞時或危急情況發生時,承當替補或應對者。由於偷懶工蟻在特定情況下變得積極,故以「行為次數」進行分析比「偷懶工蟻比例」更能呈現工蟻的偷懶程度,新皺家蟻偷懶行為發生率約84%,偷懶工蟻比例約40%。工蟻越接近死亡越不偷懶,但偷懶行為不受族群組成影響。而雄、雌蟻只負責延續族群。

魚類在面對酸逆境下醣類的代謝差異

溫室氣體產生造成環境變遷,使得水質酸化,進而影響生態系統。生存在水中的魚類,為了適應水質的酸化,他們的生理上必定有一些變化。為了找出魚類適應酸化環境所做出的改變,我們選擇以斑馬魚及青鱂魚做為實驗動物以研究水質酸化對於其代謝之影響,分析其中與能量代謝及合成相關的器官,包含消耗大量能量的以維持酸鹼平衡的鰓、能量供應相關的肝臟和肌肉。綜合即時聚合酶連鎖反應及免疫螢光染色的結果,我們發現斑馬魚在面對酸性環境下時醣類代謝的情形是有改變的,肝臟內肝醣分解及糖質新生的效率提升,且鰓部位醣類代謝效率提升,推測是運送葡萄糖給鰓部位進行排酸代謝,其鰓部位細胞內的酵素也因此出現了細胞分工的現象。而青鱂魚在面對酸性環境下時,透過肝醣分解提供更多的葡萄糖進行糖解作用,同時抑制了糖質新生反應效率,推測其演化出了高效率的排酸方法。相較於斑馬魚,青鱂魚醣類代謝不會產生過多的能量,也意味著青鱂魚能量使用效率有提升。

果蠅(Drosophila melanogaster)的習得性無助表現之研究

習得性無助是個體經多次追求獎賞或逃離困境失敗後產生的一種消極行為表現。習得性無助的行為研究雖多,但對其神經機制的研究卻甚少。 本研究發現273,cha-Gal80>CsC-mCh是適合光遺傳學訓練的果蠅殖系。在白光點獎賞記憶訓練中,使273,cha-Gal80>CsC-mCh果蠅學會白光點視覺訊號代表著獎賞,並發現其白光獎賞記憶能持續7分鐘以上但未達10分鐘。藉已建立白光視覺訊號與獎賞連結的273,cha-Gal80>CsC-mCh,發現重複追求獎賞失敗的實驗組,相較於持續接受獎賞與完成獎賞記憶訓練而無任何操作的對照組,明顯表現習得性無助,本研究亦發現習得性無助個體也表現了活動力、覓食表現及攝食動機的下降。 本研究成功建立高成效的果蠅成蟲光遺傳學習得性無助訓練,並針對果蠅成蟲的習得性無助行為表現進行完整的研究,未來期望本於此訓練方式進行特定腦區、神經群和神經傳遞物之探究,建構果蠅習得性無助的神經網路機制。

探討線蟲於線蟲捕捉菌獵食壓力下之適應性

獵食關係(predator-prey interaction)普遍存在於自然界中,本研究欲以線蟲與線蟲捕捉菌(nematode trapping fungi, NTF)做為探討獵食關係的分子模型,進一步了解獵食者與獵物的共同演化關係。依此,本研究設計了適性實驗以了解線蟲在線蟲捕捉菌獵食壓力下,其母體或子代行為與適應性變化。本研究發現,當暴露於線蟲捕捉菌所分泌的吸引性氣味分子MMB,線蟲會降低其生長速率;而線蟲在被線蟲捕捉菌捕捉後,子代對線蟲捕捉菌與MMB之趨化性顯著降低,並可能透過piRNA路徑遺傳此行為改變,影響三個世代,藉此增加族群的適應性。本研究未來會進一步了解線蟲適應行為改變的分子機制,並希望能藉此系統增進對獵食者-獵物交互作用的了解。

建立檢測化學壓力新型模式生物-大生熊蟲實際應用與耐受機制探討

本研究是評估大生熊蟲( Macrobiotus sp.)檢測小白菜混合化學壓力的應用潛能。目前已建立大生熊蟲檢測實際環境化學壓力方法,若以正常活動樣本檢測化學壓力需24小時獲得結果;但乾燥隱生樣本則能在2小時內獲得檢測結果,每週檢測1次,至少可重複6次檢測,所以隱生大生熊蟲最適合在符合生物倫理準則之下檢測化學壓力。 探討大生熊蟲檢測實際化學壓力時耐受機制,發現大生熊蟲在小白菜萃取液隱生時,其100、50與40~50 kDa蛋白質單體表現量顯著增加,另外自乾燥隱生恢復活動時40~50 kDa單體表現量亦顯著提升,未來將以LC MS/MS分析其蛋白質種類與功能。藉由加熱實驗的總抗氧化能力數據確認大生熊蟲能以酵素與非酵素抗氧化系統對抗實際化學壓力,未來將探討對抗常見抗氧化物質的單一酵素活性。目前尚未成功分析大生熊蟲常見抗氧化基因表現量,本研究會持續改良設計出合適的primer與目標基因黏合,分析表現量。檢測其脂質含量則發現,大生熊蟲在實際化學壓力下隱生、乾燥隱生以及自隱生恢復活動階段體內脂質含量顯著增加。

龜兔賽跑中的兔子:蚤蠅的高頻率間歇性運動之探討

動物的移動過程並非連續,而是呈現經常性行走與停頓的「間歇性運動」,停頓頻率依物種而異。前人研究發現,間歇性運動可助動物恢復體力、增加對環境的感知、及減少被天敵的測知。蚤蠅是已知展現間歇性運動的動物中停頓頻率最高的類群之一,基於前人研究,我們推測蚤蠅可透過間歇停頓來達到更好的運動表現。為探討蚤蠅的高頻率間歇性運動,本研究運用高速攝影機,以每秒960幀的速率來拍攝腐肉蚤蠅、蟻客蚤蠅、及有翅蚤蠅的間歇性運動行為。數據分析結果顯示,所有蚤蠅的停頓時長與下一步的移動距離、移動時長、平均移動速率呈低度相關。藉由測量每次移動路徑方向的轉動角度,並進行種間比較,發現間歇性運動可透過增加轉角或頻率,來增加路徑的多變性。最後,當天敵存在時,蟻客蚤蠅的間歇性運動移動時長增加,頻率下降,或可減少被捕食的機會。

探討社會孤立對美洲蟑螂之行為與生理反應的效應

本研究建立美洲蟑螂的社會孤立動物模式,藉由隔絕費洛蒙的交流,探討對昆蟲行為與生理的效應。社會孤立的美洲蟑螂,具有較高的死亡率,並改變以下的行為反應:減少蟑螂的探索行為,使蟑螂運動的時間與距離降低,並增加對能產生較高能量之食物的需求。社會孤立可改變以下的生理反應:個體代謝過程的呼吸商降低,以脂質代謝作為能量來源;脂肪體觸酶活性下降;包囊作用的免疫反應下降。本研究發現,即使是非社會性昆蟲的蟑螂,社會孤立亦會造成生存上的負面影響,而引發隔離症候群(isolation syndrome)。

獵物狀態對蜈蚣捕食行為的影響

覓食對動物來說是至關重要的行為,而最佳覓食理論可解釋單獨覓食策略,其模型可計算獵物的獲益能力。前人研究蜈蚣捕食行為概分三部分:蜈蚣捕食行為順序、毒液作用效率、獵物密度對其捕食方式的影響。然而皆無討論蜈蚣依靠何種感官捕食、攻擊不同部位之優劣、獵物型質對蜈蚣捕食時間的影響,本研究以少棘蜈蚣、杜比亞和紅蟑為實驗物種,透過型質測量和捕食紀錄探討以上三點。結果顯示蜈蚣捕食獵物主要依靠觸覺且攻擊獵物腹面較優勢;紅蟑型質改變使蜈蚣搜索及處理時間有顯著不同,杜比亞差異卻不明顯;用最佳飲食模型算出杜比亞的獲益能力顯著高於紅蟑,故蜈蚣捕食杜比亞這類獵物能獲得更多好處。本研究可為蜈蚣的行為生態提供進一步的參考資料。

BeeMind AI: Development of an AI-Based System to Assess Honeybee Health, Behavior, and Nutrient Effects on Learning and Memory

Due to their pollination services, honeybees are one of the most ecologically vital animals, being singlehandedly responsible for nearly 80% of global agricultural pollination [1]. However, in recent years, they have experienced large declines in populations, and as a survey reported roughly 50% of beekeepers in the US lost their honeybee colonies [2]. These losses are experienced globally due to a combination of many factors, including but not limited to habitat loss, pesticides, climate change, and other invasive species [3, 4]. One of the biggest factors attributed to the decline of honeybee colonies is the usage of pesticides, specifically neonicotinoids [3-6]. Neonicotinoid compounds have been used globally since their introduction in the early 1990s [4]. Studies have shown that neonicotinoids can have both sublethal and lethal effects on honeybees, depending on the dosages that they are exposed to, as neonicotinoids bind to nervous system receptors of honeybees [7]. These effects can range from behavior changes to altered motor functions [7-9]. Among the reported effects, one of the more significant ones is the effect of neonicotinoids on honeybee learning and memory [10, 11]. Additionally, there is a lack of availability for methods of monitoring of honeybee hives, essentially meaning that the only methods to track honeybee health are through obtrusive physical methods of inspection. This paper aims to develop a novel AI-based honeybee health assessment system, able to monitor beehives using the following functions: continuous temperature and humidity monitoring both inside and outside the hive, as well as video and audio recording to assess honeybee health as well as population. In addition, this system can be used for honeybee-related studies such as nutrition effects and evaluation on health, learning, and memory. To do this, four types of nutrition have been studied and their effects have been analyzed by a deep learning approach.

Sequentially bidirectional gastrovascular flows in highly branched digestive tracts of panocerid flatworm

Examination of the predation behavior of polyclad flatworms is extremely rare. This study collects Paraplanocera oligoglena, the most common species in Taiwan. Tank-based feeding experiments reveal that Paraplanocera oligoglena can prey on several species of gastropods, such as sea snails and sea hares. Predation behavior encompasses attack, invasion and ingestion periods. This research pioneers the use of stained clam and static image analysis to observe the highly branched digestive system of flatworms. The sequentially bidirectional flow of gastrovascular cavity is first found in polyclad flatworms by the post-stain active tracking technique. Measuring peristalsis movement in inward and outward directions and segmented movement, the contraction frequencies are roughly the same in subsequent order of given branches. Confirmation is provided that the circular membrane-like muscles within the digestive tract are the main driving force for transporting and mixing food. The food dyeing technology used in this experiment also provides the possibility of future research on food chains in the wild.