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現代生物科普


住上安地斯火山之巔,安地斯葉耳鼠如何突破哺乳動物的生存極限
在智利北部與阿根廷西北部交界的安地斯山脈,高聳的火山、鹽灘與乾燥草原共同構成阿他加馬高原(puna de Atacama)。這裡寒冷、低氧,而且極度乾旱,向來被視為哺乳動物難以長期生存的地方。然而安地斯葉耳鼠(Phyllotis vaccarum)卻一路從智利北部的海岸低地,分布到海拔超過 6,700 公尺的火山頂峰,還曾在海拔 6,739 公尺的尤耶亞科山(Volcán Llullaillaco)山頂找到牠們,因此這種小型齧齒動物成為目前已知棲息海拔最高的哺乳動物,也成為已知垂直分布範圍最大的哺乳動物之一。 安地斯葉耳鼠(圖片來源:Carlos Schmidtutz,採用 CC BY-NC 4.0 授權) 在尤耶亞科山的山頂,氣溫幾乎終年低於 0°C,標準氣壓只有約 45 千帕(海平面約 101.3 千帕),每一口空氣所含的氧只相當於海平面的 44%。受過訓練並完成高地適應的登山者,或許能短暫承受這種環境,卻無法在此長期生活。對體型遠小於人類的安地斯葉耳鼠來說,更加困難嚴峻。小型動物身體的表面積/體積比相對較大,身體熱量流失迅速,必須持續燃燒養
17小时前讀畢需時 5 分鐘


爬蟲類真的沒有感情嗎?
目前爬蟲類已成為全球相當普遍的寵物,許多人認為爬蟲類主要依靠本能行動,不像貓狗一樣具有豐富的情感,因此常有人認為牠們不需要太大的活動空間,也不需要複雜的環境,然而隨著研究的深入,這些看法可能低估了爬蟲類的能力。 通常認為所有脊椎動物都具有感知能力(sentience),也就是能夠感受疼痛、恐懼與愉悅等正負向情緒。不過相較於哺乳類,社會大眾對爬蟲類是否具有這些能力仍存在較多疑問,也因此牠們在法規與實際飼養上的福利常常會被忽略。 紅腿象龜,被認為有一定的情緒(圖片來源:Flints,採用 CC BY-SA 3.0 授權。) 目前的研究顯示人們對不同動物是否具有感知能力的看法,會受到許多因素影響,其中一項便是與人類的親緣關係。爬蟲類正是因為與人類的演化關係較遠,所以更容易被低估其感知能力。 而這種觀念也可能直接影響寵物的飼養方式,如果飼主認為自己的寵物無法感受疼痛、恐懼或快樂,便可能較少關心其生活品質,也較不會主動避免讓牠們承受負面經驗,或提供能提升福利的環境。因此有些飼主可能會在沒有意識到的情況下,讓自己的寵物長期處於不良的生活環境。比如許多飼主會認
1天前讀畢需時 4 分鐘


華爾瑟·弗萊明:揭開細胞有絲分裂過程的先驅
十九世紀七○年代,細胞學說已經確立動植物由細胞構成,部分研究者也知道細胞能透過分裂增殖。但細胞如何完成分裂,當時還缺乏一套可靠的描述;「自由細胞形成說」(free-cell formation)也尚未完全退出學界,部分學者仍認為新細胞可能由細胞彼此之間的不明物質直接形成。在這樣的背景下,華爾瑟·弗萊明(Walther Flemming)透過活細胞觀察、固定染色與連續繪圖,仔細記錄細胞核內線狀構造從出現、排列、分離到重新形成子細胞核的過程,逐步建立細胞分裂的時間順序。 華爾瑟·弗萊明(圖片來源:Unknown author,CC0 1.0 公共領域) 弗萊明生於 1843 年的德國梅克倫堡(Mecklenburg)的薩克森貝格(Sachsenberg),少年時喜愛文學與語言學,後來選擇醫學。他先後在哥廷根(Göttingen)、圖賓根(Tübingen)、柏林與羅斯托克(Rostock)求學,並在弗朗茨·艾哈德·舒爾茨(Franz Eilhard Schulze)的指導下研習組織學與動物學標本。舒爾茨教他顯微鏡技術,還有謹慎判讀、反覆設置對照、避免
4天前讀畢需時 5 分鐘


鳩鴿科的巢為什麼總像是還沒蓋完?
第一次看見鴿子或斑鳩巢的人,很容易以為那只是一堆偶然卡在樹上或窗臺上的枯枝。幾根細枝鬆散交疊,中央只有淺淺的凹陷,有時從下方可以直接看見白色的卵或雛鳥。很多鳩鴿科(Columbidae)的鳥類巢確實顯得單薄,不過這種簡陋是一種只完成必要功能的建造方式。 以紅頭鴿(Patagioenas picazuro)為例子,過去就在巴西東南部觀察到牠們會從樹上或地面撿拾掉落的小枝,將材料帶到棕櫚葉或其他樹木上,主要為雄鳥負責運送枝條。有一項紀錄是築巢期間雄鳥曾在 73 分鐘內 15 次攜帶小枝返回巢位,偶爾花 5 到 6 分鐘才折下一根合適的枝條回到巢邊放下,短暫停留便再次出發。雌鳥留在巢上接收並安排材料,不追求巢的外形,目的只是讓枝條逐漸形成一個能承托卵的平面。 紅頭鴿(圖片來源:Enéas V. Gouvêa Junior,採用 CC BY-SA 4.0 授權) 另外在印度楠代德的蒂爾斯·馬拉瓦達大學(Swami Ramanand Teerth Marathwada University)校園內曾調查記錄了 133 座野鴿(Columba...
7天前讀畢需時 4 分鐘


納米比沙漠的動物如何靠霧活下來?
納米比沙漠(Namib)是一片狹長的海岸沙漠,位於非洲西南部,從安哥拉南部一路接近南非開普敦以北,中央的納米比沙海更是著名的沙丘地景。弔詭的是雖然比鄰海洋,但由於副熱帶高壓長期控制,空氣以下沉為主,雲層難以增厚以發展出明顯降雨,因此雨在這裡極為稀少,這也是該地區形成沙漠的主因;即使某些年的累積雨量增加,但降雨日數可能反而減少,因為雨水更集中在少數天數裡。當地的動物所面臨的考驗是在獲得水資源的兩次機會之間的無水期要如何撐下去,不過幸好由於大西洋的水氣經過沿岸的本吉拉洋流與上升流而冷卻,水氣凝結成霧或低雲後會飄向陸地,形成此沙漠著名的霧水生態系。雖然也不完全穩定,卻比雨更可預期,因此成為納米比許多生物最重要的水資源。 納米比沙海(圖片來源:Mitchell D et al. (2020),採用 CC BY 4.0 授權) 納米比沙漠的地理圖。納米比沙漠的範圍(斜線);納米比沙海(深棕色);其它沙質棲地(淺棕色)(圖片來源:Mitchell D et al. (2020),採用 CC BY 4.0 授權) 動物取得水大致有三條路,代謝脂肪、醣類或蛋白質
7月14日讀畢需時 4 分鐘


冷浪闖進亞馬遜,熱帶雨林動物如何撐過突如其來的低溫?
亞馬遜雨林從 1980 年到 2017 年曾紀錄過 67 次冷浪,在當地西班牙文被稱作 friaje。一次一組研究團隊原本正在祕魯南部亞馬遜低地雨林進行生物多樣性調查,正好遇上冷浪事件,當時是 2023 年 6 月。從 6 月 13 日到 18 日,寒冷空氣沿著安地斯山脈向北推進,深入原本溫暖的低地雨林,讓當地氣溫在短時間內急遽下降。研究團隊藉此機會記錄冷浪如何改變雨林動物群落的活動與生理壓力。 祕魯的亞馬遜地區(綠色)(圖片來源:Maulucioni,採用 CC BY-SA 4.0 授權) 祕魯的亞馬遜雨林(圖片來源:Martin St-Amant,採用 CC BY-SA 4.0 授權) 這場冷浪在低地雨林的 3 個研究樣區中,空氣溫度從 6 月 12 日的 23.2°C,在一天內降到日均 13.2°C,並於 6 月 14 日記錄到最低 10.5°C。若放在溫帶地區,10°C 左右的氣溫或許不算嚴酷,但對長期生活在熱帶低地的動物來說,這已經接近牠們日常經驗的邊界。研究團隊也沿著從海拔 245 公尺到 3,588 公尺的坡度監測溫度,發現受到冷浪
7月13日讀畢需時 4 分鐘


小強變身潛水員!新加坡南洋理工大學研發「賽博昆蟲」裝備,挑戰 3 小時水下生存
未來的仿生機器人應該是什麼樣子?這個議題一直是眾多科學家與科幻小說家熱衷的題材。一部分觀點認為,機器人(android)應該要具備人型才能有效融入人類生活,並提供人類更好的生活品質;另一派觀點則認為,機器人(robot)只是機器,如何提升工作效率與適配工作環境才是重點,而非拘泥於外型。只要能夠達成這兩項需求,不管是仿生結構,還是全人造結構,都可以作為機器人的設計考量。 然而,近年來一個全新的概念--賽博(cyborg )正在衝擊著整個機器人領域,這個概念不在拘泥於如何將機械設計的更像人,或是提升機械的效率,而是著手考慮將機械與活著的生命結合,創造出能夠輔助生命體的機械單元。 兩棲賽博昆蟲系統的概念與設計。 A.水下作業的賽博昆蟲概念圖。 B .賽博蟑螂潛水衣的結構設計與氧氣生成機制。 i) 潛水衣包括一個柔性防水外殼、一個一體式氧氣產生器和氧氣輸送管。 ii) 氧氣產生器利用纖維素海綿上的MnO₂ - H₂O₂催化反應生成氧氣和水。 iii) 產生的氧氣經由氧氣輸送管輸送到前胸和中胸氣門。 C .實際運動演示。照片展示了穿著潛水服的賽博昆蟲進行以
7月11日讀畢需時 6 分鐘


家鴿依靠肝臟裡的巨噬細胞導航
家鴿(Columba livia domestica)能從陌生地點飛回巢中,牠們並不是只靠單一線索飛行,陽光、地景、氣味與地磁場都可能參與其中。當天空晴朗時,太陽方位可提供穩定的方向參考;當天空完全陰暗、太陽與偏振光線索消失,視覺地標也變得不可靠時,家鴿仍可能依靠地球磁場維持航向。問題在於,鳥類究竟用身體的哪一個部位感受磁場?這個問題爭論多年,過去主要有三種想法,其一是眼睛裡的隱花色素(cryptochrome)可能在光照後形成自由基對(radical pair),並透過自由基中未成對電子的自旋變化感受磁場;其二是喙部含鐵顆粒可能順著地磁排列,並透過三叉神經傳遞方向資訊;其三是磁場也可能影響細胞膜或離子通道,而牽動神經活動。但這些想法各有缺口,無法完全解釋各個層面的情況。 一群飛行的家鴿(圖片來源:Laitche,採用 CC BY-SA 4.0 授權) 於是一項研究提出了一個非常不同的方向,家鴿的地磁導航可能與肝臟中的巨噬細胞(macrophage)有關。巨噬細胞是一種先天免疫系統(innate immune system)的吞噬細胞,處在全身各
7月10日讀畢需時 4 分鐘


叢林中的陷阱工程師-弩砲蜘蛛
提到弩砲(Ballista ),不知道各位讀者第一個想到的畫面是什麼?筆者所想到的,是童年時期最喜歡的即時戰略遊戲《世紀帝國》(Age of Empire )。作為東西方最著名的攻城器具之一,弩砲的存在幾乎橫跨了古代與中世紀戰爭史,從古希臘到羅馬帝國,從春秋戰國到北宋,都可以看到這種武器的蹤跡。可以說弩砲自誕生之初,就與人類的戰爭行為息息相關。 古羅馬弩砲複製品(圖片來源:John Doe,CC0 1.0 公共領域。) 中國床弩繪圖(圖片來源:Cheers, Leong Kit Meng (Liang Jieming),CC0 1.0 公共領域。) 然而,2026年一篇發表在《current biology》上的文章卻挑戰了弩砲由人類發明與使用的看法,一種來自澳洲北部的新種蜘蛛-弩砲蜘蛛(Ballista spider, Propostira sp.)竟然會使用自己的蛛絲製造「弩砲」。這究竟是怎麼一回事呢?讓我們繼續看下去!! Ballistic high-powered spider webs overcome dangerous prey..
7月3日讀畢需時 4 分鐘


複製蟲之戰-多胚跳小蜂
說到《星際大戰》,多數人第一時間想到的多是揮舞酷炫光劍的絕地武士,或是令人聞風喪膽的黑武士達斯・維達,鮮少有人關注那些「跑龍套」的帝國風暴兵與複製人士兵。然而,正是這群跑龍套的士兵,左右了星戰世界觀的發展。這群複製人軍團不只參與了銀河帝國的建立,更協助西斯大帝執行「66 號指令」,徹底掃蕩了絕地武士。 俗話說得好:「現實往往比小說更離奇」。在自然界中,還真有一群生物跟這些專業士兵一樣,牠們有著西斯大帝狡詐的智慧,複製人般的複製能力與作戰能力。 佛羅里達多胚跳小蜂(Copidosoma floridanum)科學繪圖。(圖片來源:DataBase Center for Life Science (DBCLS),採用 CC BY 4.0 授權。) 這種神奇的生物被稱為多胚跳小蜂(Copidosoma),是膜翅目跳小蜂科的一個屬,屬於廣義上的寄生蜂。和多數寄生蜂一樣,牠們狡詐而殘酷,偏好在可憐的受害者身上養育自己的幼蟲。不過,和其他寄生蜂不同之處在於多胚跳小蜂每次只下一顆卵。千萬別小看這顆卵,就和文章前半部分所提到的複製人一樣,這顆卵在離開母體兩小時後
6月27日讀畢需時 4 分鐘
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