哆啦A夢科學任意門3:動植物放大鏡

作者:日本小學館/編
繪者/攝影者:藤子.F.不二雄
出版社:遠流出版事業股份有限公司
出版日期:2015年10月29日

文/白榮銓

諺語是人類智慧的結晶,有些與動物相關, 例如“Work like an ant, live like a butterfly."(像螞蟻般的工作,像蜜蜂般的生活)、“Birds of a feather flock together."(物以類聚);有些與植物相關,例如“Great oaks from little acorns grow"(再大的橡樹也是從小小的種子成長)。因此,以漫畫的方式創意呈現出動植物的科普知識,是否能激盪出孩童的學習火花?

哆啦A 夢》(Doraemon;舊譯「機器貓小叮噹」),是日本漫畫家藤子‧F‧ 不二雄(1933-1996)筆下著名的「漫畫作品」之一,漫畫中的主要角色有:哆啦A 夢、大雄、靜香、小夫、胖虎。男主角大雄,是一位個性懦弱、笨拙但很善良的日本小學生,對於運動和唸書都很不擅長,時常遭到同學的霸凌。由於大雄這樣的特性,影響到了未來子孫的命運,為了讓情況有所改善,22 世紀的機器貓「哆啦A 夢」,受大雄玄孫「世修」之託回到現代,來自未來的哆啦A 夢,為了滿足大雄的夢想和願望,常拿出未來世界的神奇道具協助大雄,故事就此展開。
本書是《哆啦A 夢科學任意門系列》第3 集,書中共有11 個探索動植物的主題,每一個主題以《哆啦A 夢》的趣味漫畫故事開頭,啟發孩子探索研究的好奇心;漫畫頁的兩側穿插“Q & A",提出相關的問題與答案;漫畫頁的後面則以相關的科學知識作結尾。隨著哆啦A 夢的故事情節,孩童可以從動植物身上學到那些知識和智慧?
 

螞蟻的群體智慧
以「飛蟻的行蹤」為主題的漫畫裡,大雄不寫作業,卻趴在書房地板一個多小時,專注地看著一隻有翅膀的螞蟻,哆啦A 夢語重心長地對大雄說:「你聽過螞蟻的故事嗎?應該學習牠們的努力……」大雄將螞蟻移到室外的土地上,為了仔細觀察螞蟻接下來要做什麼,哆啦A 夢給了大雄「影像播放鏡」,只要對準螞蟻目標按下去,就可以隨時隨地觀察牠的行蹤。隔天,螞蟻進入蟻穴,大雄發現影像播放鏡一片漆黑,於是哆啦A 夢打開紅外線照射器,牠的翅膀不見了,旁邊有20 顆左右的蛋,原來牠是女王蟻;再過幾天,孵化出一堆小螞蟻。

螞蟻

 

隨後幾天,大雄將蛋糕碎屑放在草叢裡,螞蟻用觸角和守衛的螞蟻打招呼,然後陸續離開蟻穴,靈敏精確地找到食物,而且在外出覓食的往返過程中,沒有任何一隻螞蟻發生迷路的狀況。有一次,螞蟻群竟然將大隻的蟲寶寶搬回蟻巢,大雄、靜香和小夫,都覺得蟲寶寶好可憐,決定前往搭救,為了讓螞蟻將大雄等人當作是同類,哆啦A 夢在他們身上噴灑與螞蟻相同味道的氣體,再利用「縮小燈」將一行人的身驅縮小,潛入蟻穴。得知蟲寶寶是黑灰蝶的幼蟲,正受到螞蟻群的悉心照顧,而幼蟲回饋螞蟻群飲用牠排出的甜美體液;大雄一行人最後拜訪了女王蟻,受到熱情的招待,才依依不捨地離開蟻穴。哆啦A 夢有感而發:「做事三分鐘熱度的大雄,居然會對一件事這麼熱衷,實在不可思議!」
上述的漫畫內容裡,大雄觀察到螞蟻的那些生態現象?這些現象背後的相關科學知識是什麼?
蟻后是具有極強生殖能力的雌蟻,有翅膀,但在交配及築巢後脫落,主要職責是產卵及繁殖後代;雄蟻是有翅的螞蟻,主要職責是與蟻后交配;工蟻是無翅、沒有生殖能力的雌蟻,在群體裡的數量最多,主要職責是擴建蟻巢、外出覓食和照顧幼蟻;兵蟻是沒有生殖能力的雌蟻,主要職責是保衛群體的安全。
螞蟻是行群體生活(group living)的昆蟲,牠們具有不同世代在同一巢中生活,以及在生殖、育幼及勞務上分工行為的特徵,整體組織階層分明、分工合作,井然有序,故被歸類為「社會性昆蟲」(social insect)。
螞蟻群共同生活,相互溝通的秘密,在於牠們能夠透過同伴釋出的氣味,來辨識是否為同巢的夥伴,當外來種螞蟻入侵時,同群的螞蟻會群起而攻,這是因為螞蟻觸角上面的嗅覺感受器,可以靈敏的聞到許多低揮發性的氣味分子;當螞蟻外出偵測到食物存在時,螞蟻腹部末端的肛門,與腿上的若干腺體,會沿路分泌「蹤跡費洛蒙」(trail pheromone),形成一條「氣味走廊」,讓同夥的螞蟻循著這些氣味,抵達食物所在之處。
螞蟻是具有排他性的社會性昆蟲,但是在節肢動物裡,有些和螞蟻很親近的種類,稱為「喜蟻動物」(myrmecophiles),不僅能進入蟻穴獲得保護,還能接受養育,例如小灰蝶的幼蟲身上具有許多喜蟻器官(myrmecophilous organs),藉由散發的費洛蒙和分泌的蜜露,吸引螞蟻接近飲用,並將小灰蝶的幼蟲帶進蟻巢,發展出互利共生(mutualism)的關係。
由上述可知:螞蟻的社會系統是由簡單的個體及其組成的群體,產生互動行為所構成,單獨的螞蟻只有很少的智慧與處理能力,但聚成蟻群就能對環境做出快速有效的反應。例如覓食時能夠找出通往食物的最短路徑,築巢時能夠自行與同類互動分工,以群體的力量,展現出「群體智慧」(swarm intelligence);因為群體智慧是藉由個體的貢獻,使群體獲得最大利益,故螞蟻的群體智慧常被人類模仿學習,應用於溝通管理及螞蟻最佳化演算法(ant colony optimization)。

動物的自我保護
以「動物式防身錠」為主題的漫畫裡,大雄、靜香和小夫,看到胖虎怒氣沖沖的走過來,大夥兒心想一定沒好事,少惹為妙,急忙回家。哆啦A 夢覺得他們「真是沒骨氣」,大雄反問「你有什麼道具嗎?」哆啦A 夢拿出「動物式防身錠」,告訴大雄,只要吃了這個藥錠,遇到危險時,就可以自動產生4 種動物(烏龜、蜥蝪、臭鼬、變色龍)的逃生能力。這麼神奇的藥效,讓小夫忍不住一把抓起盒裡的4 顆藥錠,全吞進肚子裡,並跑去挑逗胖虎,試驗藥錠是否真的有效。
上述的漫畫內容裡,烏龜、蜥蝪、臭鼬和變色龍,遭遇敵人攻擊,各具有那些保護自己的防禦策略?龜的身體外部有龜甲包覆,背側的龜甲稱為背甲(carapace),腹側的龜甲稱為腹甲(plastron),這兩層像是套疊盒子般的,讓龜甲能夠保護柔軟的部分。以外殼保護自己的,還有將身體捲成球狀的犰狳,牠的殼分三部分,前後兩部分由整塊不能伸縮的鱗甲覆蓋,中段的鱗甲成帶狀,與肌肉連在一起,可以自由伸縮;穿山甲除了腹部以外,身上覆蓋了瓦狀的堅硬鱗片,受到驚嚇時,全身會縮成一團,捲成球形;又,魚類的箱魨科(box-fishes)由多角形的骨質盾板構成,如披堅硬的鎧甲,故有「鎧魨」之稱。
蜥蝪受到掠食者攻擊,生命遭受威脅時,蜥蜴會將尾巴基部的肌肉收縮後拋棄尾巴,斷掉的尾巴仍會扭來扭去動個不停,然後趁敵人的注意力集中在扭動的尾巴時,逃之夭夭;尾巴在斷掉之後,還能夠重新長出來,只不過斷過一次後,再長出來的尾巴顏色會不太一樣,像這樣把自己身體的一部分切斷的行為,稱為「自割」(autotomy)。
臭鼬在肛門附近有可散發惡臭的體腺,當敵人靠近牠時,牠會蹲低下來,高舉尾巴及用前爪跺地發出警告,如果警告無效,牠就會轉過身來,向敵人噴射液體,這種液體不但會散發強烈惡臭的氣味,甚至會導致被擊中者短時間失明,故臭鼬能夠靠這項防禦本能,讓敵人退避三舍。
變色龍能夠隨著周圍環境,盡可能變化身體顏色融入背景,但與其說變色是為了偽裝,不如說是傳達訊息;因為變色龍變色的大多數原因,是以身體顏色作為情緒、攻擊,領域和求偶等行為的視覺信號,例如牠們面對威脅時,能夠快速地變成極具警告意味的顏色。變色龍的皮膚最外層是透明,底下依序有黃、紅、藍等不同層的色素細胞(chromatophore),這些色素細胞連接到神經系統,當信號傳達到色素細胞時,透過改變不同層色素細胞的顏色,變化身體的顏色,這有點像電視螢幕是由三種不同的色光組成一個光點,由於色光混合的原理,每個光點可以顯示無限多種顏色。
除了上述的龜型防禦法、蜥蝪型斷尾術、臭鼬型放屁術和變色龍幻影術,動物保護自己的方法,還有刺蝟防禦法及章魚烏賊型吐墨汁術等。
刺蝟身體上有短而密的刺,遇敵人攻擊時會蜷起身體,縮成一個圓球,以刺朝向外面,使敵人難以靠近。以針刺保護自己的還有豪豬,豪豬的針又長又尖銳,牠們在遇到其他動物攻擊時,不是把身體捲起來自衛,而是把刺豎起來嚇跑敵人,而且豪豬的刺有倒鉤,一旦刺進攻擊者的皮膚上,就很難去除;魚類中的六斑刺河魨(diodon holocanthus),身上密佈由鱗片特化的強棘,遇敵時會把水和空氣吸進腹部,讓腹部膨脹,變成布滿尖刺的圓球。
章魚和烏賊遇到危急關頭,都會吐出墨汁, 將附近的海水染黑,掩護自己逃跑。烏賊是軟體動物門頭足綱(Cephalopoda)烏賊目(Sepiida)的俗稱,當烏賊在海中遭遇敵人追趕時,墨囊會噴出一股墨汁,但因為墨囊要蓄積一囊墨汁,需要相當長的時間,故非到萬分危急關頭,烏賊不會輕易施放墨汁。
由上述可知: 在弱肉強食的動物世界,動物為了保衛自身的生存,經過長期的演化,發展出縮進硬殼、斷尾求生、散發臭氣、溶入環境、鼓起尖刺及噴出墨汁等防禦方法。仿生學(bionics)的範疇之一,就是仿效動物的自我保護本能,例如中世紀騎士的金屬盔甲就是模仿「龜型防禦法」的「縮進硬殼」;以量子隱形偽裝材料(quantum stealth camouflage)製作變色軍服,當光線照射到外表時,會把周圍的環境投影在其表面,使其與周圍環境完全融合,就是模仿「變色龍幻影術」的「溶入環境」。

種子的旅行方式
以「蒲公英飛向藍天」為主題的漫畫裡,大雄想扔掉飄進蒲公英種子的玻璃箱子,哆啦A 夢拿出「童話眼鏡」,大雄戴上後看見蒲公英似乎在哭泣,於是改將蒲公英種子種到院子,在大雄的悉心照顧下,帶著蒲公英新生命的小白傘,終於隨風吹拂,飛上青天,踏上各自的旅程,卻有一個比較膽小的遲遲不敢飛出去,蒲公英媽媽溫柔的對孩子說「大家都辦到了,你一定也行,媽媽當初也是乘風而來,因為有踏上旅程,我才能長成美麗的花朵,並且生下你們這群孩子」。隔天晴朗的早晨,最後一個蒲公英種子也飄上天空,對著地面的大雄高喊「我一定會在某處成為美麗的花朵,幫我和媽媽說一聲,請她不用擔心」。
蒲公英

 

蒲公英為多年生草本植物,可作為野生蔬菜,並具中醫的藥用價值,頭狀花序,種子上有白色冠毛結成的絨球,花開後隨風飄到新的地方孕育新生命。近年來,由於原生地屢遭人為不當開發利用,加上除草劑的過度使用,導致臺灣蒲公英的野生族群數量日漸減少,已被列為瀕臨滅絕之保育級物種。
利用風力傳播種子的植物,還有大葉桃花心木、槭樹的翅果和紫背草等,植物種子的傳播方式不只如此,有些植物會利用動物身體傳播,例如大花咸豐草、蒺藜草和羊帶來等;有些借助動物食用果實後,在沒有被消化的狀態下,以排泄的方式,將種子傳播到遠方,例如百香果、芭樂和柿子等;有些藉果實成熟時,利用果皮乾燥皺縮後產生的彈力,在果皮爆裂的一瞬間,將種子彈射出去,例如鳳仙花、酢醬草和羊蹄甲等;有些生長在海邊、河邊的植物,果實完整不開裂,藉水漂浮到遠方,例如棋盤腳、椰子和睡蓮等。
如果成熟的植物種子落在母株的附近,幼苗將因缺乏足夠的陽光及相互競爭,而無法大量繁衍後代;即使能夠順利成長為成熟的植株,發生近親交配的機率大增。因此種子傳播愈遠,愈能找到適當的生長地點,並藉此取得與其它族群基因交流的機會,擴張子代族群的勢力範圍。
種子不只在空間中移動,也有可能穿越時間,種子能夠耐受親代植物所無法生存的嚴酷環境。2012 年,俄羅斯科學家成功讓冰凍了32,000 年的種子復活,這顆種子是俄羅斯考古學家在西伯利亞科雷馬河(Kolyma River)的永凍層發現的;2009年,以色列的科學家成功讓一顆2,000 年前的棗椰樹種子發芽,這顆種子是考古學家在以色列死海附近馬薩達(Masada)山地要塞發現的。1952 年,日本植物學家大賀一郎博士(1883-1965)成功讓2,000 年前的蓮花種子成長開花,這顆種子是大賀一郎博士在日本千葉縣檢見川地下泥碳層找到的。
由上述可知:植物種子是攜帶生命的包裹,為了要讓自己的生命能夠延續,因此在小小的一顆種子中,包含了生命設計圖的遺傳基因,以及讓種子可以發芽所必需的營養,然後藉著不同型式的交通工具,展開奇妙的冒險旅程,尋找適合生長的環境,生根發芽,繁殖後代。
綜合上述,動物的群體智慧、自我保護機制、以及植物種子的傳播方式,可以啟發孩童思考人類與自然的平衡關係;至於昆蟲和植物、植物和菌類,有什麼共生關係?候鳥為何要進行如此長又嚴酷的旅行?森林植物也有生存競爭嗎?這些都有待您進一步的閱讀與思考!


白榮銓
臺中市立居仁國中退休教師

 

08/16/2016 16:10

當日人數:1  累積人數:780

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