科學人 發行日期:2015/02 刊號:156
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動物建築大師

撰文/鄧恩(Rob Dunn) 翻譯/王心瑩

 蟻穴、白蟻丘、蜂窩、鳥巢、老鼠洞……,這些動物建造的巢穴如同牠們的生理特徵,是記錄在基因內的遺傳性狀,也會經由演化而成。


重點提要
■鳥類、哺乳類、魚類、社會性昆蟲和許多動物,都會建造豐富多樣且細緻的巢穴。研究人員很早就知道,動物的基因和行為必然經過一番演化,才能建造出這些結構。
■直到最近數十年來,科學家才逐步了解動物建築的遺傳學、動物巢穴的物理學,以及讓許多腦袋很小的動物建立起龐大帝國的行為規則,這些規則有時簡單到令人驚訝!
■或許有一天,人類能夠依循社會性昆蟲的建築規則,建構一些電腦程式,設計出更有效率的現代城市。

長久以來,我很著迷於動物建造的巢穴。我花了好多年仔細研究數百種動物的巢穴,例如螞蟻、白蟻、胡蜂(wasp)、鳥類、魚類和小鼠等,我會在野外戳刺這些動物的巢穴、在實驗室操控牠們的行為,也查閱其他科學家的研究。我曾經挖掘好幾公尺深的洞,試圖探查螞蟻巢穴的底部;我也曾配戴呼吸管潛水去找藍鰓魚(bluegill fish),觀察牠們挖洞,並試圖接近牠們圓盤狀的巢。小時候,我甚至試圖游進海狸巢。

研究這些動物巢穴時,我看過各種不同型式,讓我大為驚奇。有些巢穴是很長的筆直地道,有些呈分枝眾多的迷宮狀,還有隨意旋轉的螺旋形或極度複雜的碎形。然而我發現,每一種結構最了不起的地方在於它會演化。每一種巢穴的型式,正如動物的四肢、眼珠顏色、表皮和基因,都是構成物種個體不可或缺的一部份。建造巢穴的指令必然(至少有一部份)是記錄在這些動物建築師的基因內。

直到現在,生物學家終於逐步了解這些動物巢穴的構造究竟如何演化而成。最近的研究精確標定出一些負責調控巢穴建築行為的基因,也揭露了不同動物巢穴型式的物理原理,甚至能解釋一些腦袋很小的動物通力合作建造出整個「動物大都會」的方法。就像許多精采故事一樣,這則故事的開端也要從車庫說起。

打造實驗鼠的家

2003年,霍克斯特拉(Hopi E. Hoekstra)還是一位年輕的科學家,當時她在美國加州大學聖地牙哥分校任教,努力想解答小鼠行為與基因之間的關聯,她已經知道不同種小鼠會建造出不同型式的地道。

韋伯(Jesse N. Weber)當時是霍克斯特拉實驗室的學生,他想知道能否找到一些與建造特定型式巢穴有關的基因。韋伯的第一項任務是製作出夠大的室內圍籠,能容納夠多的泥土,好讓小鼠可以在土裡挖掘地道。韋伯運用夾板、釘子、遊戲場的沙土和其他便宜且容易取得的材料,拼湊出一個個圍籠。由於實驗室內沒有足夠的空間能容納這項研究計畫所需的設備,他便在緊鄰霍克斯特拉住家的車庫裡組合出這些圍籠。成品非常醜,但是成效不錯;那是以萬用膠帶和雄心壯志組成的一系列小屋。

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