2015年7月18日 星期六

擬態mimicry和偽裝masquerade! 自然界中的詐騙 , 文學家和生物學家怎麼說


生物演化出各式各樣的禦敵策略只為了能夠活命羚羊快速逃跑、水牛衝撞反擊、齧齒鼠類藏匿,或甲蟲裝死,可稱為行為防禦;而生物形體上具備尖刺、硬殼、絨毛等防止天敵攻擊要害,被視為形態防禦;自然界中最常見、也似乎最有效的防禦則是化學防禦,許多生物可從食物或環境中獲取化學物質,忌避或懲罰天敵。
而禦敵策略中最高段的是擬態莫屬。擬態大有學問不只是模仿外形及顏色!




諾貝爾文學獎得主 吉普齡Rudyard Kipling寫了一則童話 
花豹要學隱身術 How the Leopard Got His Spots

親愛的孩子們,在所有的動物顏色都一樣的日子裏,豹子生活在一個叫高地草原的地方,記得那不是低地草原,也不是未開墾的草原,更不是酸味十足的草原,而是絕對裸露、炎熱、陽光充足的高地草原。那裏遍佈砂礫,還有黃棕色的岩石,點綴著幾綹沙黃色的野草。長頸鹿、斑馬、大羚羊都生活在那裏。他們全身都是沙色般的棕黃色,豹子是其中最為沙黃色的一種略帶灰色的貓科動物,每一根毛都是清一色的沙黃灰褐色,如同草原的顏色一般。對於長頸鹿、斑馬和其他動物來說,這可是糟透了。它會躺在一塊黃裏帶灰的棕色石頭旁邊或是草叢裏,當長頸鹿、斑馬、大羚羊、叢林兔、白紋大羚羊經過的時候,突然躍起,吃掉它們。它可真會那麼做的。帶著弓箭的,與豹子一同生活在高地草原上的伊索匹亞人同樣也是灰棕黃色的,常常與豹子一起在草原上狩獵:伊索匹亞人用弓箭,豹子則用它的鋒牙利爪,所以他們就生活的很快樂。
可是有一天,長頸鹿不見了,斑馬也不見了,所以他們就跑去請教非洲最聰明的生物─狒狒,狒狒說他們跑到某某地方去了,所以他們就真的去找了,走著走著到了一個森林,然後他們就聽到長頸鹿的聲音也聞到斑馬的味道,可是就是看不到他們,伊索匹亞人很聰明,他們就想原來斑馬是有條紋的,躲在樹林裡跟樹幹就會跟環境很一致的,所以斑馬隱藏在樹幹裡我們看不見,長頸鹿也是有斑點,一塊一塊塊狀的,這個跟你光線透過樹葉照起來的光影是混在一塊,他們看不見,所以伊索匹亞人想既然白天我們看不到他們,不過我們聽的到聞的,所以我們晚上再來抓他,要抓之前要做偽裝,所以他用黑泥土把自己塗成黑色的,因此伊索匹亞人就變成黑人一直到現在,然後他說花豹你過來我也幫你偽裝一下,伊索匹亞人用他的手指頭拍打花豹,所以花豹上面就有斑點了,所以花豹上面的斑點不是三點、四點,而是伊索匹亞人的指紋五點。

好,這是文學家講的故事
那生物學家怎麼說

19世紀中葉,英國生物學者貝茲Henry Walter Bates於南美亞馬遜盆地進行生物探查歷經11年,採集了將近15000份不同生物的樣本,其中有許多是蝴蝶。
他發現有許多斑蝶與蛺蝶體內含有以植物鹼為主的毒物,使得多數鳥類不敢吃;而當地也有許多昆蟲身上具有非常類似這些毒蝶的斑紋,對於這些不具毒性的昆蟲來說,這樣的斑紋就是一種保護。
對於生物,將自己隱匿在環境中避免被天敵辨識出來,似乎是天擇壓力下常見的防禦策略。
無論是體色與背景吻合、破壞己身在掠食者視覺中所呈現的輪廓、隱藏身體最重要的部分、利用光影反差隱身、干擾天敵的視線或對焦,或者利用透明的身體使天敵難以看見,都是達成隱匿的有效策略。
最後貝茲寫下精彩的結論 :

" 大自然在展開的翅膀上寫著物種改造的故事,就好比刻在石碑上如此真實。...........
翅膀上的圖案是否相同,一般說就代表血緣關係的親疏,既然大自然的定律對所有生物一視同仁,由蝴蝶所得到的結論勢必適用整個生命世界。"

至於像我們這樣一般的解說員要如何說呢 ?

2015年7月16日 星期四

這是一隻有黑色斑紋的綠色蜥蜴?還是有綠色斑紋的黑色蜥蜴?


在野外觀察時看見一隻蜥蜴

一般的解說大都是這樣說的:
這是黃口攀木蜥
台灣特有亞種
分佈在台灣中部以北海拔1000公尺以下山區
與常見的斯文豪氏攀木蜥外觀相似
但黃口攀木蜥嘴部有一道黃白色條紋可以區別
口腔和舌頭都是柳丁色的
體型小含尾巴全長多在20公分以下
是台灣最小型的攀木蜥蜴


而我喜歡這樣的方式:
這裡有一隻蜥蜴
台灣話叫肚定四腳蛇
現在請大家仔細觀察一下
觀察的重點是
牠身上的顏色圖案
還有前後腳的差別
如果大家都看清楚了
我要提出幾個問題

請問:
蜥蜴是冷血動物所以牠的血液是冷的嗎?

請問:
蜥蜴喜歡在有陽光的地方歇腳是為什麼?

請問
蜥蜴是怎樣移動的?

請問:
這是一隻綠色的蜥蜴身上有黑色的斑紋?
還是一隻黑色的蜥蜴身上有綠色的斑紋?

生態與環境解說有的是
拿著知識照本宣科地重複?
這是什麼?
那是什麼?
然後說了很多名詞和梗

或者有的是
企圖傳達及描繪出生命與環境的關係?
為什麼要到這個地方來?
這個環境為什麼好與不好?
回家以後我可以做什麼?


這是一隻綠色的蜥蜴身上有黑色的斑紋?
還是一隻黑色的蜥蜴身上有綠色的斑紋?
當然不會有標準答案
這是仿著名的生物演化學家古爾德的大哉問
(斑馬是有黑色條紋的白馬還是有白色條紋的黑馬)
這個提問
或者只是單純想提供釣具(分享觀察的方法與角度)
然後讓聽眾產生興趣而自己去釣魚


哪一種解說比較有趣?
能夠改變你觀看世界的角度嗎?
能夠引起你回家以後持續對自然的喜愛嗎?
如果能就是成功的解說
如果不能
不過是在熱天裡一次無感的體驗罷了

親愛的朋友,除了
這是什麼?
如果以那被蜥蜴一口吞下的蟲子的眼睛來看蜥蜴
也許覺得侏羅紀還沒結束哪

2015年7月2日 星期四

其實細菌的發現和胡椒為什麼會辣有關係


你一定沒聽過這件事
1676年一位叫做列文虎克的荷蘭人(Anton van Leeuwenhoek,1632-1723)
研究胡椒為什麼會辣
當時代的人都認為
是因為在胡椒表面上長著小小的釘子會刺痛舌頭
列文虎克利用當時很少被人使用的工具 – 顯微鏡
來觀察胡椒籽
但是他什麼都沒有看到
所以列文虎克將胡椒磨碎後溶解於水中然後繼續觀察
他還是沒發現有什麼有趣的東西
但是他卻發現有很多奇怪的小生物在胡椒溶液中游來遊去
當下他估計在大約一顆砂礫的長度上
可以找到100隻這種”animalcules”
當時他並不知道他已經發現了一種全新的生命領域 - 細菌Bacteria
細菌是地球上數量最多的有機體
比可觀測到的宇宙中的星星還要多
因此後來他被稱為微生物學之父
最早的顯微鏡是由一個叫詹森的眼鏡製造匠人于1590年發明的
詹森雖然是發明顯微鏡的第一人
卻並沒有發現顯微鏡的真正價值
列文虎克則進一步改良了顯微鏡
也因此有時會被公認為是顯微鏡的發明者
他的顯微鏡倍率在當時是最好的
他使用單一透鏡就可將樣品放大270倍
自然可觀察到很多微小的生物
此外很少人知道他還解剖蝌蚪
提出蛙類的發展有不同的生命階段

上面的描述讓人容易以為文虎克是位顯微鏡專家及生物學家
事實上他真正的職業卻是一名警衛
他一生幾乎未曾受過學校正規教育
但是卻留下這樣的精彩 :
我的一生是在放大鏡下,從事一場又一場神聖的探索,打開一盒又一盒奇妙的禮物
這位生物課本裡用顯微鏡看微世界的虎克和物理課本裡講彈簧時創建虎克定律的英國科學家虎克Robert Hooke可不是同一人ㄜ
但是虎克Anton van Leeuwenhoek是虎克Robert Hooke的著作
Micrographia顯微圖譜一書的超粉
 圖片來源:http://en.wikipedia.org/


2015年6月28日 星期日

六月二十八日傍晚的magic hour


"每一次黎明都像是生命的起點,每一次黃昏都像是生命結束"
- 約翰羅斯金


時間: pm.6:59
iso-125,白平衡 :4950k,f/3.5,s 1/60,分區測光
相機 : SONY RX100

梭羅在日記中讚頌:
那些雲朵是白日最後的守衛
本已變暗又重新亮起片刻
染上黃昏微光旋即又黯淡
現下晚霞更趨深紅
落日方向火紅一片
天空抹上濃艷的印第安色彩
一種永不退色的染料
這就是攝影者的magic hour
時間: pm.7:00
iso-125,白平衡 :4950k,f/3.5,s 1/60,分區測光

絲狀卷雲
看似溫柔其實是會下雨的雲
但因高度為5000~13500公尺
雨滴未達地面就半路蒸發了
卷雲位於對流層風速160~240KM/HR
移動甚快不可能駐留稍縱即逝
拍攝要把握時間
time: pm.7:00
iso-125,白平衡 :螢光,f/2.0,s 1/100,分區測光

pm.7:03
才經過3分鐘絲狀卷雲位置及形狀已經移動轉變
(上方絲狀卷雲,下方彩霞為高層雲)
太陽低至地平線附近
因為地球曲度,低雲顯得比高雲更紅
原因是短波長的藍光與紫光被大氣及空氣微粒散射
僅剩較長的紅光到達我們眼睛
最高的雲較明亮
中雲偏金黃色
低雲則是紅色
完全日落後
因為地球的陰影遮住
低雲就變暗
iso-500,白平衡 :4950k,f/4.9,s 1/100,分區測光
古代中國老子認為紅霞象徵吉祥
紅為天的顏色黃則是代表人的色彩
因此5000年前黃帝因黃雲統治中國
漢人自稱炎黃子孫
老子應該看過今天的晚霞

至於上方偏藍的天空
則是藍光與紫光散射至此
人眼對紫光較不敏感所以看起來是藍色
如果想要讓天空看起來偏紫
只要使用相機的白平衡偏移設定就可調整

PM7:07太陽完全位於地平線下,低雲被地球陰影遮蓋.
ISO:800,F/4,S.1/60



2015年6月24日 星期三

林奈與蘿蔔糕

前言 :
在閱讀蘿賽的花朵的秘密生命
書中 第十一章 巴別塔和生命之樹 
就提到相關議題
一直想模仿她的風格寫個讀後感
就以此充數吧

這是說什麼碗糕?
最近在facebook交流學習時發生的事

一開始原po給他的圖片下了註解 :
蘿蔔的塊根其實是由下胚軸(hypocotyl)膨大而來,下胚軸屬於莖的部分,所以是塊莖而不是塊根。大部分植物學及園藝學的書都錯了!

這下糟了
是不是真的盡信書不如無書

蘿蔔俗稱菜頭這種十字花科的蔬菜
原產地眾說紛云
原因是變異品種太多了
根據日據時代彙編的台灣農業便覽作者記載
原生的品種應在地中海一帶
由於不知道原po說的蘿蔔是哪顆蘿蔔
是用來關東煮的駿河清水大根?
是用來曬蘿蔔乾的美濃白玉?
是煮蘿蔔排骨湯的高地白大蘿蔔?
對於這種學術的分享沒說清楚是很難回應的
看看就好
不過蝸牛最喜歡美味的蘿蔔
忍不住就想嘗嘗,事情就如此發展了





!
怎麼沒有正確答案就結束?
其實題目林奈與蘿蔔糕就已經暗示了
蘿蔔學名Raphanus sativus L. 
L.表示蘿蔔是林奈先生給取名的
至於種名的sativus
就和稻子的學名Oryza sativa一樣
就是栽培出來的的意思

在我們飯桌上還有幾道十字花科的蔬菜
喜歡吃葉菜的有高麗菜
喜歡吃花菜的有花椰菜()
有人認為抗癌效果好喜歡吃綠色的青花菜
有人認為原生的健康吃羽衣甘藍
有人愛進口莖枝粗的球莖甘藍
最近則流行掖芽結球的抱子甘藍
反正顧客愛吃什麼農夫就栽培什麼
但你可能不知道的是以上這些蔬菜學名都稱為Brassica oleracea
Brassica就是蔬菜界的名門望族 蕓苔屬
oleracea的意思就是蔬菜的
你吃驚嗎?

所以蘿蔔這個栽培出來的植物
要讓下胚軸肥大還是由直根上部包括少部分胚軸肥大形成肉質根
培育專家就傾盡全力了
可憐我們這些解說植物的或學植物的人
也就弄不清楚fleshy root,tuberous root, fleshy caudex, root stem….
不過既然是學術分享
林奈老兄說的才算數


2015年6月7日 星期日

荷花與水黽

水的化學式是H2O,2個氫原子和1個氧原子組成
水分子中氫氧原子間的共用電子分布不均
氧對電子的吸引力較強,故氧帶微弱負電;氫帶微量正電
因此當一個水分子的氫與另一個水分子的氧原子相吸引時會形成水的氫鍵
在室溫下水分子間的氫鍵因為水分子不斷運動而被快速地破壞和再形成
換句話說水分子帶有極性

大量的H2O分子密集聚攏讓水面形成張力
15℃時水的表面張力是73 dyne/cm
在表面張力的作用下,液體表面有收縮到最小的趨勢
水的這種特性為水黽創造了棲地
 水黽是一種常見的水生昆蟲可在水面劃行
為什麼水黽能在水上行走?
一般書上的解釋是 :
水黽的腿腳能分泌油脂而油脂可以浮在水面上
如果再加上水表面的張力,水黽不就浮在水面上了嗎?
事實果真是這樣嗎?
但卻無法解釋水黽即使是在暴風雨中也能浮在水面?
而且水黽彈跳時腿腳為什麼不會溼?
為什麼不會刺破水表面的張力?
 
圖片來源http://commons.wikimedia.org
水黽生活在水與空氣接觸的界面上
與地球的重力相較,重力不需接觸就可作用在整個物體上
而表面張力則需靠接觸且要有界面才能產生作用

在荷花的葉面上水滴滾來滾去,這就是所謂的荷花效應Lotus effect
這是水的表面張力與荷葉表面因奈米結構所形成的疏水特性所導致

同樣的超疏水特性可見於水黽
科學家發現,水黽的一條長腿就能能排開300倍其身體體積的水量
並在水面上支撐15倍身體的重量而不會沉沒
而油脂層和水表面的張力卻沒有如此大的浮力
水黽是利用其腿部的無數細長剛毛
剛毛表面上具有螺旋狀奈米級的溝槽
在溝槽中的空氣則形成氣泡墊
讓水黽能夠在水面上隨意地劃行卻不會將腿弄溼
正是這種能力使得水黽在水面上行動自如
即使在狂風暴雨和急速流動的水流中也不會沉沒

水黽游過水面把它的腿伸到水裏然後向下壓
腿部的氣泡墊會讓水面向下塌陷
但是水不喜歡這樣
因為水面的塌陷會增大水面的表面積,同時增大了它的能量
也讓水分子和氫鍵很難結合在一起
所以水分子開始把力量回推,把力的作用返回到水黽的腿上
因為水分子們喜歡一直緊緊結合在一起
這就是為何水黽可以一直待在水面上

氫鍵的存在不單單是給予水黽作為棲地的作用
它們也是所有生命的基礎
因為水分子非常小且帶有極性
它們可以溶解和攜帶世界上大部分的物質
來自水分子與水分子間的吸力
水才能在負壓的情況下,在土壤的孔隙中與植物的導管中移動
因此如果不明白水的作用就根本無法理解生命

而這其中最有趣的是
不管生為植物的荷花或作為昆蟲的水黽
當它們面對水生環境
竟然發展出相同的對策

2015年6月1日 星期一

哇! 蛙! 哇! 原來有此一說

我從課堂及書中得知的這些事

千萬別讓上帝不開心
聖經的出埃及記中提到
摩西為了讓猶太人離開埃及
藉著上帝的力量以10個災難教訓法老王
其中之一記載 :
河裡滋生青蛙,這青蛙要上來進你的宮殿和你的臥房
上你的床榻,進你臣僕的房屋
上你百姓的身上,進你的爐,和你的摶麵盆
又要上你和你百姓及眾臣僕的身上

法老知道青蛙跑到他家裡是個麻煩
但卻不知後面還有更大的災難
而後來
埃及的最大計數單位稱為”用以代表100,000
可見蛙災的影響
現代著名的電腦遊戲Zuma luxor設計就是來自這一典故


希臘人發現天氣好時青蛙常在水面上活動
下雨時則沈到水底
因此用青蛙作為氣壓計

羅馬人以青蛙的叫聲稱青蛙為Rada
以蟾蜍的叫聲稱蟾蜍為Bufo
Rada Buffo今天是許多青蛙與及蟾蜍的學名






達文西(Leonardo da Vinci) 解剖青蛙作實驗
證明人類肢體的功能是受到大腦的控制


義大利醫生Luigi Calvani是現代產科醫學的先驅
創造galvanism這一術語用來描述激發肌肉產生運動的力量
開啟近代的電動力學
因為他首先發現蛙的跳動是電流在神經的傳遞
傳說Calvani當時正在一張桌子旁給青蛙剝皮
他的助手用一根帶電荷的金屬解剖刀觸碰了青蛙露在外面的坐骨神經
這時Calvani和助手看見了電火花
青蛙腿像活著一樣踢了一下
因著這一發現科學家有了一種新認識
肌肉運動的動力是液體離子攜帶的電能
今天關於生物學中Calvani現象的研究被稱作electrophysiology電生理學
galvanism則僅在說明生物學歷史時使用



William Harvey是一位敢於向權威提出懷疑的英國醫生
在解剖青蛙時發現心臟的跳動會影響到血液的移動
因而發現了血液循環和人類心臟的功能
1661 年義大利醫師Marcello Malpighi用顯微鏡找到微血管


Harvey的血液循環理論在他過世四年後終於被證實
如今Harvey心與血的運動
這本鉅著被公認為現代醫學史上的重要里程碑


荷蘭生物學家Jan Swammerdam 1658年應用早期的顯微鏡首先發現了紅血球
Swammerdam不僅是最早利用顯微鏡觀察研究昆蟲等生物
出過一本當時可說是科學聖經的書The Book of Nature
他觀察到蜂后而非蜂王才是蜂窩中的主導人
根據科學考據1660年左右
Swammerdam就利用把青蛙的肌肉封在密閉的充氣瓶中
兩頭連著瓶子前後保留的神經露在外面
然後刺激神經
這是歷史上第一次證明肌肉收縮體積沒有改變
Swammerdam研究蛙類的肌肉運動,味覺反應與視力
認為瞭解蛙類能夠幫助人類瞭解自己



十八世紀探險家Mark Catesby
在北美發現一隻從未見過的牛蛙
寄到瑞典給林奈
林奈命名為Rana catesbeiana
開啟近代蛙的分類學



列文虎克解剖蝌蚪
提出蛙類的發展有不同的生命階段




Thomas Browne除了是位職業醫生也從事科學研究
他以酸來溶解雞蛋的殼研究不同時期胚胎的發育
因此榮獲第一個胚胎生物學家的美譽.
他又分析蛋在不同儲放時期所釋放出來的氣體
為此被尊稱為最早分析化學家第一個分析化學師
他為死去的病人化妝並且研究減緩死屍腐爛的方法
所以被稱為殯儀館學之父
Browne也研究青蛙
發現蛙類需要潮溼供其呼吸
所以蛙類常在水邊活動



Charles Mitchill Bogert是第一位有系統研究蛙鳴的科學家
1958年他首先用錄音機紀錄野外蛙鳴作聲紋比對
進而作為蛙鳴對照在交配、食物、領域、天敵預警的不同變化
使他成為蛙鳴的翻譯者Sounds of North American Frogs

如同著名的兩棲類專家Mary Cynthia Dickerson說的
「蛙的叫聲不只是求偶也是享受周邊濕地所發出的鳴唱。
當我們仔細聆聽靈,蛙鳴彷彿是貝多芬月光曲的音符是最美的天籟。」