全國中小學科展

動物學

螂吞虎嚥-探討嗅覺及味覺刺激對蜚蠊口器、唾腺及砂囊的影響

本研究以不同濃度各種溶液作為嗅覺與味覺刺激,探討人體與蜚蠊的辨識率與口器反應,發現蜚蠊口器的嗅覺受器極為敏感,大致呈現劑量效應(dose response)趨勢,且可偵測人體無法辨識之揮發性極低的物質,且具熱量之營養物質可增強口器的反射行為。此外,利用記錄組織電位變化的方式,我們發現餵食蔗糖溶液時,蜚蠊唾腺放電反應減弱,推測蔗糖會抑制唾腺分泌水樣唾液,避免稀釋酵素濃度影響消化分解;餵食麩胺酸及醋酸溶液時,唾腺放電反應增強,推測其會引發唾腺分泌水樣唾液,稀釋過高濃度的溶液。而餵食蔗糖溶液時,蜚蠊砂囊放電反應減弱,推測蔗糖會抑制砂囊肌肉收縮;餵食麩胺酸溶液時,蜚蠊砂囊放電則增加,推測麩胺酸會增加砂囊肌肉收縮,以利磨碎食物。

Gannet Investigation: Survivng an Unnatural Disaster

For a unique marine bird, so magnificent and accessible to the public, the Australasian Gannet (Morus serrator) colony found at Cape Kidnappers, 紐西蘭, significantly lacks research. Knowledge of gannet behaviour and how humans could best sustain a relationship with them remains unstudied. M. serrator are colonial monogamous breeders and produce a single chick each breeding season (Ismar, S.M.H. 2013). With the same mate over breeding seasons, pairs work cooperatively sharing the energy input into a single chick. Such parental care leads to highly territorial behaviour (McMeekan, C. P. & Wodzicki, K. A. 1946). This suggests more dominant gannets would claim larger territories to have a greater distance between nests of other birds, to increase the survival of their offspring. With a land-based colony this means the gannets are at risk from land and airborne predators, suggesting more dominant birds will claim territories in the central area as it offers greater safety from predator pressures (Minias, P. 2014). It was hypothesised that birds in the centre will have a greater distance between their nests and have a smaller height compared to those around the periphery of the Plateau Colony. The distances between nests and the heights of nests were recorded in the centre and around the periphery of the colony to determine if there was a correlation between the variables. It was found that centre nests had a greater distance between them and were of a smaller nest height when compared to those around the periphery. Anthropogenic influences from tourism and conservation has the potential to change the evolutionary trajectory of managed populations. This colony is protected by predator control programs. Altering this significant selection pressure has the potential to change the nesting behaviour of this species. Monitoring annual nesting distribution patterns and colony numbers over time, may enable informed development of more sustainable ecotourism and protection of the colony. This investigation provides baseline data to support further research on this colony.

Novel holdfast marking behavior found in Seahorse

棘海馬 (Hippocampus spinosissimus) 經飼養觀察首次發現排放標示物行為。標示物標記偏好的棲枝,為海洋珊瑚礁魚類中類似的標示的新發現行為。觀察棘海馬會由泄殖腔孔排放一種白色的標示物,其成分鏡檢證明與棘海馬的排遺無關,且其更容易在水中漂流並黏附在棲枝上。棘海馬利用嗅覺幫助尋找含標示物的棲枝 (卡方值 : 24.183, P<0.001)。棘海馬不會傾向攀附有其他海馬標示物的棲枝,無論相同性別間或異性間,均未達顯著水準。標示物中有效成分為水溶性物質,其效能在室溫下可維持約7天,且冷藏可延長其標示效能。經由解剖觀察,證實標示物的分泌器官為泄殖腔中的生殖腺,但生殖腺切片中證明標示物分泌與棘海馬繁殖無關。

「孓」戰關鍵―台灣淡水渦蟲捕食蚊幼蟲機制及其黏液探討

虎紋三角渦蟲(Girardia tigrina)是台灣本土常見的渦蟲,常用於再生之研究。然而其黏液功能與成分以及捕食蚊幼蟲機制皆尚未清楚。本研究中,從解剖顯微鏡觀察得知渦蟲爬行時分泌的黏液能將蚊幼蟲纏住,且發現渦蟲偏好從蚊幼蟲腹部末端及肛進行攻擊,並於體外行物理機制初步消化後,將蚊幼蟲組織以咽運動產生的負壓吸入體內,再行化學分解。以Congo Red、CBR250及PAS染色,發現渦蟲黏液中具有多醣、蛋白質及醣蛋白,以SDS-PAGE分離渦蟲黏液蛋白後,用銀染法分析發現渦蟲黏液包含多種蛋白質,主要為蛋白質單體15kDa,以蛋白質N端定序及LC MS/MS交叉比對分析得知渦蟲黏液中可能含有titin、calcium-binding protein等蛋白質,相關實驗還在進行中。我們也發現渦蟲在有無蚊幼蟲環境不影響其黏液蛋白分泌量,然而黏液蛋白成分組成是否有差異,需再繼續研究。本研究結果可能對應用生物防治法抑制病媒蚊有所助益。

Investigating the Effect of Coloured Light on the Behaviour and Learning of Lymnae stagnalis

Lymnae stagnalis (pond snail) is emerging as a preferable invertebrate model in understanding neurological mechanisms because of its simple nervous system. A three-cell network mediates behaviours such as aerial respiration and research has shown that small, subtle changes occurring across the network might result in a disruption of natural behaviour (Lukowiak et al. 1995). It is also known that Lymnae features a more developed eye than other molluscs and studies have shown that various wavelengths of light can activate photoreceptors producing distinct electrophysiological responses (Sakakibara et al. 2004). However, no studies have looked beyond the electrophysiological response. The purpose of this project was to determine if coloured light would firstly, elicit a behavioural response as observed in its movement and secondly, affect learning and memory through the operant conditioning of its aerial respiration.

Social child labor?-Preliminary study of non-cocooning silk from larvae of Gray-Black Spiny ant, Polyrhachis dives(Hymenoptera Formicidae)

大部分會吐絲的昆蟲都是幼蟲時期為了結繭化蛹而從絲腺分泌絲,僅少數昆蟲利用幼蟲吐絲作為巢材,例如織工蟻。並非所有的螞蟻幼蟲都會吐絲,而像黑棘蟻工蟻調控幼蟲吐絲形成巢室內壁則非常罕見。本研究即探討黑棘蟻工蟻對非結繭蟻絲之行為調控,並分析蟻絲成份,比較蟻絲與其他有絲昆蟲的異同。結果顯示,無論從物理、化學或生理學的證據來說,黑棘蟻非結繭蟻絲都呈現特殊的適合性,用以維護蟻巢內環境的穩定。本研究為首次發表黑棘蟻幼蟲非結繭蟻絲的游離胺基酸之報告,富含丙胺酸和甘胺酸的蟻絲蛋白,是否繼蠶蜂之後可為人類所用,則有待更進一步的研究。

同類相食行為的新發現

同類相食行為廣泛發生於動物界,兩種可能原因:個體的特殊營養需求和族群的汰弱留強策略。觀察雜食性的高音符絲鱉甲蝸牛(Macrochlamys hippocastaneum),初步發現同類相食行為與蝸殼破裂與否有關,殼完整的個體間不會發生相食行為(100%),且當破殼程度愈大愈易發生。食性實驗中攝取過植物性養分的個體傾向選擇同類相食(χ2=22.04,***P<0.001),同時提供同、異類蝸牛內臟時則未顯著選擇同類(χ2=3.76, P=0.053),因此未能充分支持特殊營養需求。然而,此種蝸牛會追蹤破殼同類分泌之特殊黏液且具顯著趨向性(χ2=13.06, ***P<0.001),與距離呈負相關(χ2=6.53, *P<0.05)。觀察腹足顯微構造中,發現內有特殊的疏鬆組織與大量分泌細胞,且通往尾端分泌特殊黏液的開口部位。結果證實破殼受傷個體產生的特殊黏液會主動引起同類相食,支持汰弱留強的族群策略,且物質誘發同類相食模式為動物行為研究中首次發現。

新種三尾扁蟲光行為與共生藻的互利共生

三尾扁蟲(Convolutriloba)至今尚無野生棲地的觀察記錄,本研究自水族缸裡採集的扁蟲經外型描述、無性生殖以及DNA親緣關係等比對結果,證明是台灣特有的新種。本研究首次於墾丁外海發現野生三尾扁蟲棲地,其多棲息於礁石洞口,與水族缸內散布情形大有不同,因此我們設計模擬棲地使其在黑暗與光照交替的環境下生存,確認扁蟲的自然分布乃是光避性(photophobia)與光聚性(photoaccumulation)彼此調節的結果。Shannon曾指出三尾扁蟲具有光避性與光聚性,卻未探討其原因。比較扁蟲以及其體內共生藻(Zoochlorellae)在不同色光下的生理現象,共生藻紅光下光反應效率高,而扁蟲在紅光下不具光避性;其他色光下共生藻光反應效率低,則扁蟲有明顯光避性。此項發現正說明了為何扁蟲會有光避性與光聚性行為,以及扁蟲野生棲息地位於礁石洞口的原因。

內皮素對稻田魚(Oryzias latipes)胚胎適應酸環境之調節

哺乳類的內皮素(endothelin-1 ; EDN1)與其受體endothelin receptor B己知可共同參與腎臟排酸功能之調節,在魚類的表現上,亦有研究指出EDN1會影響到斑馬魚的排酸。本研究中以廣鹽性魚種稻田魚(Oryzias latipes)仔魚為實驗對象,經6小時以上時間酸處理後其體表排酸量皆顯著增強,且經6小時酸處理後,仔魚rhcg1及內皮素受體EDNRA2的基因表現量也顯著增加,並發現當弱化(knockdown)仔魚的endothelin-1基因後,其體表排酸量顯著下降,證實endothelin-1對仔魚排酸作用有直接的影響。而當仔魚endothelin-1的基因表現被抑制後,其離子細胞密度以及離子通道蛋白基因表現不受影響,推測內皮素並非以增加離子細胞的方式影響排酸,而是藉由轉譯後調控途徑,使其排酸功能增強。另外本研究中再將6小時及7天酸處理實驗結果比對後,推測當稻田魚仔魚面臨短期或長期酸環境刺激時,內皮素調節機制亦略有不同。

眼位變變變-蝌蚪變態前後眼睛型態轉變之研究

兩棲類是一群可以在水域及陸域棲息生活的動物,幼體期蝌蚪生活在水中,具尾巴可四處游動,多數為濾食或刮食,但變態後的成體青蛙主要生活在陸地,吐出長舌捕食會動的生物。因此蝌蚪變態前後不僅生存環境大為改變,攝食行為也從被動取食轉為主動攻擊,所以推測牠們在變態過程中,眼睛位置會有所變化,形成更大的雙眼(立體)視覺區,適應變態前後的劇烈改變。本研究運用向量幾何作圖方式,將頭部眼睛位置座標數值化後,分析不同蝌蚪變態前後眼睛位置與雙眼視覺的變化情形,試著找出變化趨勢與棲地、行為或演化之間的關聯性。結果發現不同眼睛類型的蝌蚪在變態過程中,眼睛位置會有不同的轉變過程,但變態之後,眼睛皆會往頭部兩側移動,眼睛至吻端的距離變短,導致雙眼視覺區變大,更具立體視覺,可精準判斷獵物位置。此外也發現蝌蚪視野範圍主要受水層高低影響,高水層蝌蚪眼睛位於頭兩側,低水層蝌蚪眼睛則生長在背部。成蛙視野範圍影響因素有棲地、行為及親緣關係,棲地分析結果顯示會在水陸兩邊活動的成蛙視野範圍最大。水棲型的福建大頭蛙具有強領域行為,陸棲性黑眶蟾蜍具瞄準捕食行為,故雙眼視覺都較大。同屬於樹蛙科的蛙類雙眼視覺大小的影響因素主要與為活動高度有關,樹棲型樹蛙因需在樹林活動,演化出較大的雙眼視覺,以利判斷空間位置。艾氏、王氏與碧眼樹蛙等親緣關係接近的姊妹種因生殖行為類似,蝌蚪與成蛙都演化出具有相似的眼睛型態。