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清華破解軟絲語 變換體色「我愛你」 (生醫系, 02:19)
簡介
看著水族箱裡的生物們忽而貼進共游,忽而狀似攻擊,牠們的身體語言是否「訴說」些什麼?國立清華大學系統神經科學研究所焦傳金教授領導的研究團隊,解開了軟絲以變換體色方式溝通之謎。研究團隊把軟絲的頭、觸腕、鰭、身體的顏色變深或淺、出現斑點或條紋等圖案,分析歸類為27個單元,快速地變換體色排列組合,就能傳達「我愛你」或「打贏了」。
這篇解開臺灣萊氏擬烏賊(軟絲)變換體色來傳達訊息的論文〈分析軟絲生殖行為中動態體色變化發現視覺語言的溝通方式〉,不僅登上生科領域頂尖期刊《生態與演化尖端研究》(Frontier in Ecology and Evolution),還獲科學日報(Science Daily)及Eurek Alert等國際科學新聞網站報導。
「莎士比亞用鵝毛筆寫下愛的詩篇,海倫凱勒用的是打字機,軟絲則變換體色來示愛。不同於這些知名的作家,軟絲的浪漫故事過去一向不為人知,直到台灣的清華大學解開密碼。」外媒報導對焦傳金教授研究團隊大表讚揚。
軟絲變換體色 比變色龍還快
焦傳金指出,變色龍等動物靠內分泌來變換體色,其變色速度遠比不上用神經系統來控制體表色素細胞的頭足類生物,軟絲、烏賊、魷魚等甚至一秒鐘即可變換體色及體表圖案好幾次,是生物界真正一等一的「變色王」。在此次記者會上播放的影片也可看到,軟絲在10秒內即變換7次體色與圖案,「講話」速度相當快。
但學界過去只知軟絲會變換體色,並不了解牠們變色或出現圖案的規則、模式與意義。焦傳金教授指導學生林雋硯、蔡岳均,親自下海觀察並拍攝軟絲影片,發現軟絲在共游、戒護、競爭、平行交配與翻轉交配時,會出現特定、快速的體色組合單元,經過數值分析,可分析歸納為27個體色單元,各式的排列組合表示不同的意義。
打贏體色變深 眼點代表很開心
論文的第一作者、清大分子醫學研究所博士生林雋硯表示,軟絲平常沒事時,體色比較淺、變化不大,但情緒特別強烈、「有話要說」,如雄性打架、雌性拒絕交配時,就會出現較多的體色單元。舉例來說,雄性軟絲打架時,鰭的邊緣都會先出現深色黑點,且頭、腕、體胴有時也出現破碎斑紋,最後的贏家體色會比輸家明顯來得深。
林雋硯也成功解讀軟絲如何透過變換體色來示愛,雄性從後方靠近雌性時,頭與觸腕會先轉為深色、體胴中央出現縱紋、鰭緣則有深色帶狀產生,此時若雌性的體色不變表示接受,即開始交配,在交配的那一瞬間,雄性的鰭上會顯現兩個深色的眼點,交配完畢後則消失。「這一對眼點可能代表牠很開心,因為牠們被餵食時也常出現眼點。」林雋硯笑說。
焦傳金分析指出,軟絲某一種體色單元可能會出現在許多種行為中,因此,牠們的溝通不只看單一體色單元,而要看如何排列組合,「就像某一單字可能沒有特定意義,但組合起來便可成為一個有意義的句子。」
颱風天潛水追軟絲 吃盡苦頭
研究軟絲語言看似有趣,但研究團隊為觀察野生軟絲也吃盡苦頭。林雋硯大學念的是海洋,讀碩士時開始研究花枝,並接觸潛水,取得潛水執照。2011年起,他為了實地觀察野生軟絲如何變換體色與圖案,長年泡在東北角海域,用水下攝影機記錄軟絲的一舉一動。
「有二、三年端午到中秋颱風接著來,所有的軟絲卵全被沖走。」林雋硯回想起水下作業的辛酸,「有時海象真的很差,為了趕實驗,硬著頭皮潛下水,伸手不見五指,掙扎摸索著才爬回岸上。」倒楣的是,有段時間軟絲的卵竟陸續神秘消失,「裝攝影機才抓到兇手,原來是隻大海龜把一串串的軟絲卵全吃光!」
大數據分析 研究動物溝通新招
清華系統神經研究所碩士生蔡岳均則運用他大數據分析的專長,找出適合的程式及演算方式,破解軟絲傳達的視覺訊息,「短短十幾、二十秒鐘的影片,都得花上數十個小時來分析。」
蔡岳均大學時讀的是生科院學士班,第二專長是電機,培養出他數據分析的能力,「這也顯示清華這幾年大力推動的跨領域學習真的很重要。」
焦傳金指出,這項成果為研究動物溝通模式建立一套很好方法,不只透過觀察,再加上數據分析,就可以「聽」到更多。
林雋硯說,他觀察到不同的軟絲在進行同樣行為時,也可能出現不同體色單元,「這是不是像人講話一樣有口頭禪?南部與北部的軟絲是否講不同『方言』?其他國家軟絲講的話我們聽得懂嗎?」顯然還有許多等待研究解開的謎團。
眼大腦小的大王魷 少變換體色
焦傳金指導學生進行的大王魷研究,上周也登上了紐約時報科學版。這篇報導主要引述焦傳金研究團隊投稿論文,發現大王魷雖以巨如籃球的大眼著稱,但牠大腦的視葉卻不成比例地小,與大眼不相稱,稱得上「眼大腦小」。學者推測,這可能是因深海大王魷比較不需要變換體色、擬態等依賴視覺導向的行為,與身處淺海的軟絲、烏賊不同。
焦傳金在回答紐時記者跨海視訊採訪時,幽默地答道:「畢竟,生活在幾近黑暗的環境中,你的穿著似乎就不太重要了。」
只存在深海、體型巨大的大王魷,力可翻覆輪船,是許多恐怖電影中深海怪物的原型,對研究海洋生物的學者來說也十分罕見神秘。這主要是因大王魷被人們目擊時通常都已死亡,分解的屍骸浮在水面或沖到岸上。但台灣漁民去年1月在宜蘭外海捕撈烏魚時意外地抓到大王魷,這使得科學家首次有機會可以檢驗大王魷完整的大腦視葉。
世界紀錄最大的大王魷魚長達13公尺,眼晴巨如籃球。台灣漁民抓到的這隻雖屬成年雄性,但體型較小,含觸腕共4公尺,其中體胴約89公分,眼晴則有8公分,比棒球還大一點,研究卻顯示,牠的視葉卻與大眼不相稱。
大王魷巨眼 專用來偵測天敵
那麼大王魷為何需要如此巨大的眼睛?焦傳金表示,牠的巨眼可以偵測遠處的天敵,如抹香鯨從遠處游近時因擾動海水所造成的生物螢光光霧。
紐約時報7月19日的報導焦傳金指導學生劉永傑、劉璁翰,及高雄長庚醫院生物轉譯研究所的蘇家豪博士、余俊杰研究員合作投稿到《英國皇家學會開放科學》(Royal Society Open Science)期刊的〈大王魷的眼與視葉不相稱〉論文。
焦傳金指出,研究大王魷的大腦結構,能幫助我們進一步探索深海動物神經系統的適應與演化。
焦傳金去年在大王魷被漁民捕獲後接到電話通知,立即與學生趕往現場,將大王魷送到中興大學解剖、量測,焦傳金也特別感謝高雄長庚生物醫學轉譯研究所,提供高解析度的核磁共振影像掃描儀來解析大王魷的視葉,才得以完成這項研究。如今這條大王魷樣本已送往國立自然科學博物館永久保存。
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媒體資訊
頻道: 學術研究
作者: 生醫系
日期: 2017-07-31
上架時間: 2017-07-31 00:00:00
發表人: nthunewssysop
單位: 影音網
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