生物群流體-螞蟻大軍! Ants mimic liquids

個別的生物的運動模式要由每種不同生物的構成來研究, 可是當一群生物聚在一起的時候, 他們的行為就會變的比較有一般性, 甚至可以看作一種特別的流體. 一個簡單的例子就是捷運站的人群流動, 當人群夠多又都想走的時候, 就會跟某些對流一樣, 即使沒有外在的引導標示,也會自種分邊移動(流動). 在自然界, 昆蟲的族群在某些場合下會有很高密度的個體聚集在一起, 所以科學家為了想知道這些群體的動態, 就人為的把很多螞蟻推在一起, 看看整體會怎麼運動. 結果發現螞蟻的某些型為可是被視為某種螞蟻流體, 如果一群螞蟻放在水上, 群體會慢慢的散開擴張找邊緣, 就如同點在水裡的墨水. 如果把一群螞蟻倒在障礙物上, 也會看到類似黏性流體的流動. 然後如果把螞蟻群像到蜂蜜一樣, 由漏斗往下倒也可以看到類似流動跟塌陷的情況. 其實流體是一種抽象的模式, 這樣的模式從星系的行成, 地層的活動到玻璃還是真的由分子組成的液體都可以適用. 如果懂其中的一個過程, 常常也可以同時幫助懂其他過程喔!


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植物對小蟲的體溫遙控! Thrips desert cycad cone

體溫對動物的活動來說是一個很重要的因素 內溫動物常常會利用控制身體代謝的速率來控制體溫. 而爬蟲類常常需要曬太陽. 一般以為植物是沒有體溫的, 只能被動讓環境溫度控制細胞的溫度. 但是在某一些特殊的場合, 植物也是可以控制身體的發熱的! 這影片的主角是澳洲蘇鐵 Australian cycad, 這種植物是裸子植物也是最古老的種子植物, 影片上照的是圓錐形雄花毬（male strobuli）上面有很多植物利用體溫招喚來的小蟲. 過程是這種植物會利用增加細胞的代謝來產生熱, 好讓儲存的分子, 主要是β-月桂烯 β-myrcene, 釋放出去. 這種分子氣味非常強烈, 在低濃度的時候可以吸引小蟲來沾花粉, 在高濃度的時候會把小蟲趕走, 研究人員推測蘇鐵是把小蟲趕去雌花那裡幫忙傳粉. 這樣利用溫度來控制分子的釋放, 就可以達到遙控小蟲子來幫忙繁殖的目的, 巧妙地利用的溫度來做到一般植物不能做的事情.
學術文獻
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相位差 X 光影片- 毛毛蟲靠腸子走路！Visceral-Locomotory Pistoning in Crawling Caterpillars

生物影像是了解生物過程很重要的工具, 顯微鏡是很好的工具之一, 但是對一些不透明的物體就不太能用. 這時候X光是另一個選擇. 這影片是介紹利用相位差X光攝影來研究毛毛蟲的蠕動方式. 在光學顯微鏡, 相位差影樣是利用在聚光燈的後焦平面的環形光照明跟物鏡的後焦平面的環形阻擋物來完成, 讓相位有變化的光的可以表現在光的強度上, 可以看到原來很透明的東西. 同樣的原理也可以用在X光, 不過這時候的透鏡要換成晶體的週期性結構. 利用用這樣的技術, 本來很多對ｘ光是透明的物體, 也可以清楚的被看出來. 研究人員利用這樣的技術, 發現毛毛蟲體內的氣管和身體肌肉連結在一起, 想要前進, 其實是靠體內的腸子在運動. 利用氣管和身體肌肉連結跟氣管和腸子連結讓腸子的收縮和伸展變成走路的動力.


學術文獻
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帝王蝶遷徙 靠磁場辨位

http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/325/5948/1700?ijkey=ML5kfbO0321j6&keytype=ref&siteid=sci
http://www.libertytimes.com.tw/2010/new/jun/28/today-int10.htm

〔編譯管淑平／綜合報導〕每年冬天大批帝王蝶從北美南遷到墨西哥過冬，被視為最令人讚嘆的自然奇觀之一，帝王蝶如何辨識方位一直令科學家好奇。美國神經生物學家發現，帝王蝶小小的大腦中存有一套磁場感應機制，配合陽光定位導航，讓一代又一代的帝王蝶能夠年年上演長途大遷徙，精準地抵達目的地。

帝王蝶每年在北半球即將進入冬季時，就會從美國東部或加拿大東南部出發往南飛，目的地只有一個：到墨西哥中部的米卻肯山區過冬，隔年春天會再北返。在這段單趟4800多公里的遷徙路程中，牠們如何判斷方位而不迷航，以及有的帝王蝶是在途中繁衍下一代後死亡，牠們的下一代為何也能找到正確方向接棒完成旅程，都是個謎團。

帝王蝶壽命通常在2到8個月之間，由於生命週期相對短，科學家認為，帝王蝶辨識方位的能力應不是靠學習，而是有一套基因機制使然。美國麻州大學神經生物學家瑞柏特研究帝王蝶的基因組成，發現牠們腦中有一對類似指南針能感應地球磁場的分子，在夏季日光變化透露出即將進入冬季時啟動，協助帝王蝶南遷。

此前的看法認為，帝王蝶利用太陽方位導航，但這無法解釋為何牠們在陰天照樣能朝正確方向飛。

研究還發現，這種磁場感應分子只會被特定波長的紫外線和藍光啟動。瑞柏特相信，這種磁場感應能力或許也能解釋為何大批帝王蝶總是獨鍾米卻肯山區，他的研究團隊現在要探究這處山區是否有特殊磁場吸引帝王蝶。

http://www.umassmed.edu/neuroscience/faculty/reppert.cfm?start=0
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果蠅的酒後亂性! Randy flies reveal how booze affect inhibitions

喝酒後的反應在人類社會常常被當作一個很好的社交行為藉口, 但是其實這樣的生理基礎並不很清楚, 尤其是在酒後亂"性"這回事情. 在以往這沒有一個好的研究系統, 現在科學家利用果蠅來研究這樣的問題, 雄果蠅被擺在透明寬瓶裡, 然後裡面放上沾有酒精的棉紙. 科學家就觀察這些雄果蠅在接觸酒精後會怎麼樣. 本來雄果蠅間不怎麼不互動, 在大家接觸了酒以後就開始變的比較活耀. 然後一連"喝"了五六天後, 雄果蠅開始對雄果蠅產生類似求偶的行為, 會大家排一排跳起兔子舞! 當然這只是行為上的變化, 科學家還研究是哪類的神經傳導物質參與了這樣的反應 (答案是多巴胺 Dopamine),以及在不同mutant上的差異... 下次要喝酒前,可以想一下這些果蠅的反應喔!:P

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蜜蜂: 我會跳舞喔! Waggle dance

蜜蜂會跳舞喔, 會一直搖擺身體. 蜜蜂的跳舞被認為代表了很多訊息, 尤其實在食物的方位定位上. 蜜蜂搖擺著身體繞8字型走, 然後利用軸向跟太陽的夾角來替食物定位. 真的是這樣嘛? 一起來看看蜜蜂是怎麼跳舞的吧!

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果蠅的飛行模擬器! Driving simulator for fruit flies

為了要研究果蠅這小東西科學家又發明出怪玩意了! 這次是果蠅專用的飛行模擬器!? 簡單的說就是把果蠅固定起來但是當他揮動翅膀時紀錄運動訊號然後傳給小機器人, 小機器人收到運動訊號之後移動到新位置再把新位置的視覺訊號傳給果蠅. 這樣一來固定的果蠅就以為自己在飛了! 科學家希望利用這這裝置來研究果蠅到底是怎麼控制飛行的, 或許將來有一天可以用在小型飛行器上. (果蠅真好騙:P)

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胡蜂: 我認識你喔! Wasps have a good memory for a face

因為生活特性的關係, 多隻胡蜂雌蜂在同個地方生活. 科學家發現有些雌蜂相遇會打架有些卻不會. 現在他們做了一個實驗, 證明了雌蜂會認識以前相處過的其他雌蜂. 實驗中一起生活過的兩隻雌蜂在分開十天後相遇還是能很和平的互動, 但是如果兩隻雌蜂之前不在一起, 相遇的兩隻蜂就會打架. 這是第一次在社會性昆蟲身上發現牠們會辨識個體喔!

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蜜蜂的波浪舞! Bees do the wave to scare away predators

在一些可激發的系統像是BZ反應還是神經細胞或是心臟細胞組織都有觀察到過螺旋波. 會有一個個的螺旋的波從某些地方發出. 這樣的螺旋波在複雜的系統的成因還在正在研究中. 其實在蜜蜂的群體裡面也會出現這樣的螺旋波喔! 蜜蜂會照著固定的方式做群體運動來造成螺旋波, 像是人類的波浪舞一樣. 現在科學家研究發現這樣的螺旋波主要是為了把掠食者嚇走. 一群蜜蜂一起有規則的動這樣看起來就像是個大生物一樣, 掠食者就嚇跑了! 來看看這驚人的自然現象然後讚嘆一下自然的神奇吧!

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果蠅的跳躍後空翻 ! Escape Behavior of Wingless Fly

果蠅應該有翅膀啊, 不用是飛的嗎? 怎麼說是用跳的呢? 當然又是科學家搞鬼了! 為了研究果蠅的飛行過程, 科學家把果蠅的翅膀拿掉, 然後嚇果蠅, 最後再用高速攝影機拍下看看到底會發生了什麼事情. 可憐的果蠅在沒有翅膀下還是高高的跳了起來, 還後空翻呢! 這樣起飛前的"助跳", 看來是果蠅起飛跟逃離過程的關鍵呢! 在研究小動物的飛翔的領域裡還有很多人們不知道的故事喔.

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果蠅逃跑的模樣! Escape Behavior of Fly

這是果蠅受到驚嚇的時候起飛的模樣! 注意看看果蠅的腳喔, 好像有伸直耶, 這跟鳥起飛時一樣嗎?... 答案就在下一篇. 這樣研究是為了要研究果蠅的神經系統與運動系統的關係. 絕對絕對不是因為科學家有高速攝影機跟好的微距鏡頭就亂拍, 只為了好玩喔:P (拉拉拉...)

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蚊子的男女情歌! Love Songs of the Dengue Mosquito

相信很多人都有被蚊子吵的睡不著的經驗, 但是那些惱人的聲音對蚊子來說可能是情歌呢! 科學家利用高速攝影機紀錄下公蚊跟母蚊的配對過程. 對公蚊來說一般發出的聲音基本頻率是600Hz, 而對母蚊來說一般發出的聲音基本頻率是400Hz. 研究人員發現, 當蚊子要配對的時候這一對公母蚊子會用1200Hz的聲音合唱, 也就是利用他們聲音震動的最小公倍數來發出新的聲音來確認彼此的存在. 這影片是利用每秒8000張的攝影機拍下的男女蚊子互相追逐, 還有他們發出的愛的合唱的影片. 所以啦, 下次被蚊子吵的要死的時候, 也想一下也許某個愛情故事正在上演 :P (順便一提這篇研究是發表在2009的science呢!)

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互相救援的螞蟻 ! Ants engaging in rescue behaviors

螞蟻是一種高度社會化的昆蟲, 一般已經知道牠們是利用氣味的化學訊號來交流溝通, 但是這樣的氣味訊號能傳達多少訊息跟多複雜的活動都還正在研究. 這個影片是研究人員把一隻螞蟻稍微黏在尼龍板上, 然後用沙子掩埋起來. 接著放入同群跟不同群的螞蟻下去, 看看會怎麼樣. 研究人員發現, 螞蟻間會互相援救! 會先慢慢把困住的螞蟻挖出來, 然後把被粘住的部分咬開...但是研究發現只有同個蟻后生出來的會互相幫忙! 如果受困的是同種但是不同族群的螞蟻救援活動並不會發生. 經研這樣複雜的活動跟選擇性行為, 研究人員發現螞蟻氣味能傳遞的訊息真的非常豐富, 一方面知道道誰該被救, 該怎麼救, 一方面還有互相辨識親緣的機制!

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向昆蟲建築師學習 ! Insect architectu

很多社會性的昆蟲都有築巢的行為. 不同於人類可以畫設計圖, 這些昆蟲建築師利用了演化帶來的威力, 只要依照簡單的規則就可以做出舒適的建築! 第一個介紹的例子是白蟻, Termites, 牠們可以做出很大的巢並利用孔洞的的設計來維持巨大巢內的溫度跟溼度. 這種通風的設計或許可以幫助人們建立更環保, 少些空調需求的建築. 另一個介紹的是胡蜂, paper wasps, 牠們會建立很有規則充滿六角形小房間的巢. 研究人員利用提供他們有顏色的紙來觀察建造的次序跟規則, 發現他們是觀察局部的情況來決定下一個建立小房間的位置, 這樣就可以實現多隻蜂一起工作的分工. 這種方式或許可以提供建立建築的時候另一種可能的進行方式.


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殭屍蟑螂的解藥! Zombie cockroaches revived by brain shot

在自然界有很多的互動是利用寄生來達成, 有一類的方式是干擾對方的神經讓對方變成癱瘓還是改變行為, 讓行為變的對寄生者有利. 這影片介紹的是金小蜂(jewel wasp)把蟑螂變成殭屍的行為. 金小蜂咬住蟑螂注入毒素後, 會干擾蟑螂的神經傳導, 讓蟑螂變成失去行動能力的殭屍. 然後會把蟑螂拖回巢內, 在蟑螂身上產卵. 讓幼蟲孵出來以後就直接以蟑螂為食. 研究人員發現, 只要注入octopamine, 就可以讓癱瘓的蟑恢復活動能力. 這研究雖然發現了救回蟑螂的方式, 不過更重要的意義是再確認到底什麼樣的神經傳導物質牽涉在這種複雜的生物互動裡.

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被寄生幼蟲改變成守衛的毛蟲! Infected caterpillar

除了介紹過的金小蜂會寄生蟑螂以外, 另外一種寄生黃蜂Glyptapantele也利用了差不多的寄生策略, 不過黃蜂不只有麻痺寄主, 而是也可能利用分泌某種化學物質控制寄生毛毛蟲的神經來改變了毛蟲的行為. 當寄生黃蜂把毛毛蟲吃的差不多以後, 就會爬出毛毛蟲, 這時候毛毛蟲就變成了幼蟲的守衛. 寄生黃蜂利用分泌的化學物質讓原本不具攻擊性的毛毛蟲, 變成會對靠近他的任何昆蟲產生攻擊. 下面兩個影片, 上方是沒有寄生黃蜂感染的毛毛蟲, 對經過的昆蟲沒有太大的反應. 下方則是有被寄生感染的毛毛蟲, 就變的像守衛一樣, 對靠近的昆蟲加以攻擊.


學術文獻
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毛毛蟲的警告儀式! Caterpillar warning

動物間的溝通有時很依賴儀式化的行為來傳達訊息或是避免真正的衝突, 像是孔雀開屏或是狼嚎. 但是這些儀式化行為的來源卻仍有待研究.　這影片介紹經研基因比對跟行為比對, 研究人員找出在毛毛蟲身上有的退敵儀式行為的來源. 這種毛毛蟲遇到入侵者的時候, 會一邊用頭敲樹葉, 一邊用尾巴刮樹葉. 利用這些震動來告訴入侵者離開. 研究人員經研基因比對跟動作聲音比對, 找出了這種刮樹葉是行為是源自於爬行而刮樹葉的聲音程序則是比照打架時候真正的聲音. 　這研究給了儀式化行為來源很好的理論支持.

科學文獻
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裝死而得到愛的雄蜘蛛! Male spiders play dead when they want to get laid

以前抓金龜子的經驗, 應該很多人都知道昆蟲很會利用裝死來躲避敵人. 但是裝死這項藝術不單只是能用在保命上喔, 它也可以用來找到另一半. 影片介紹的這種雄蜘蛛 (nursery web spider), 要跟母蜘蛛求偶交配的時候, 會在嘴裡含一個送母蜘蛛的禮物, 然後就翻身過去裝死. 母蜘蛛就會好奇的走過來看怎麼回事, 然後吃那雄蜘蛛帶來的禮物. 這時候雄蜘蛛就會醒過來, 一把抓住母蜘蛛然後就大功告成了! 這是第一是發現原來裝死不只可以用在躲避被獵食上, 原來這樣的技巧也可以用在找另一半上!


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蟋蟀大軍的恐怖遊行! Cricket swarms are driven by salt, protein and cannibalism

昆蟲的團體生活常常跟單獨的時候不一樣. 像熟悉的蝗蟲有群居相跟獨居相, 獨自生活的蝗蟲跟一群在一起的蝗蟲很多生理的機能甚至是腦的大小功能也不一樣. 蟋蟀雖然不會飛, 不會像蝗蟲那樣撲天蓋地的飛來, 可是其實他們也有類似的群體運動. 在美洲的摩們蟋蟀 Mormon crickets, 當某個地方的蟋蟀密大到一定的時候, 這種群體蟋蟀一起遊行的情況就會出現. 進而造成很大的農業災害. 現在科學家發現引發這種群體運動的原因一方面是蟋蟀缺乏鹽跟蛋白質, 一方面是蟋蟀因為想到找鹽跟蛋白質就開始同類相食, 當一開始互相吃之後, 前面的蟋蟀就會跑給後面的蟋蟀追, 然後後面的蟋蟀又被更後面蟋蟀追著要吃. 大家互相追著吃跟逃跑, 群體就動起來了! 這是一種很特別的動力學. 影片裡有展示這種可怕的遊行跟實驗蟋蟀真的是愛吃跟自己身體同樣鹽度的食物.

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