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【本篇報導由生命科學系 林思民優聘教授研究團隊提供】
想到「左右不對稱的生物」,您能想到怎樣的案例?提示一下:眼睛在一邊的比目魚就是不對稱的,大螯在一邊的招潮蟹也是不對稱的。但是蝸牛和海螺也是不對稱的,您知道嗎?因為牠們在生長的時候發生了左右生長速度的差異,所以也變成不對稱的生物。現在我們要講一個更特別的案例:專吃蝸牛的蛇,牠們的左右牙齒構造也變成不對稱的了!泰雅鈍頭蛇是臺師大生命科學系林思民教授在2015年發現的新種;由於這是國人首度自行發現的新種蛇類,距離上一次臺灣發現新種蛇類又事隔84年之久,所以曾經轟動一時。如今研究人員再次證明:這群蛇類不但有著不對稱的牙齒,連覓食行為都變得不對稱了!
生態學上有一個詞叫做「character displacement」(特徵替換)。當一種生物獨佔一個生態系,當然就可以先挑自己喜歡的資源,任君享用。但是當兩種近緣生物共存的時候,彼此的生態棲位都會被壓縮。於是,吃大種子的鳥嘴喙變得更大,吃小種子的鳥嘴喙變得更小(稱為生態特徵替換)。習慣唱高音的蛙鳴聲變得更尖細,習慣唱低音的蛙聲音變得更低沉(稱為生殖特徵替換)。這些都是過去知道的例子。
雖然是一個行之有年的理論,但是真正可供證實的案例卻不多見;而利用自己身體上的「不對稱性」來換取棲位的分化,更是一個極為罕見的狀況。鈍頭蛇不對稱的牙齒是一個特化用來攝食蝸牛的獨特結構,利用牙齒多而粗糙的右側鉗住螺肉與螺殼的間隙,利用牙齒少而尖利的左側勾出螺體。理論上,左右牙齒的差距越大,代表這隻動物攝食蝸牛的能力越強。2015年研究團隊發表了泰雅鈍頭蛇、恢復了駒井氏鈍頭蛇,加上原本的台灣鈍頭蛇,臺灣一共有三種。這三種鈍頭蛇在共域的競爭下,會擦撞出什麼火花?這就是這篇文章想要探討的主題。本研究總共執行了四組不同的實驗。.
利用食性的偏好測試,研究團隊證明台灣鈍頭蛇是蛞蝓的專食者。泰雅鈍頭蛇和駒井氏鈍頭蛇都可以吃蝸牛,但是泰雅鈍頭蛇的效率和時間都遠快於駒井氏鈍頭蛇。此外,泰雅鈍頭蛇也演化出從左側後方攻擊蝸牛的獨門秘技。
利用電腦斷層掃描,發現台灣鈍頭蛇的牙齒最對稱,泰雅鈍頭蛇的牙齒最不對稱,所以這兩個物種可以在雪山山脈的中海拔地區共存。駒井氏鈍頭蛇可以分為東西兩個族群,西部的族群與吃蛞蝓台灣鈍頭蛇共域,因此演化出高度不對稱的牙齒來攝食蝸牛。而東部的族群獨享花東的好山好水,牠們的牙齒則是對稱的。
利用粒線體DNA重塑演化關係,並將各個祖先節點的不對稱性標示在演化樹上,研究團隊發現駒井氏鈍頭蛇的祖先擁有一個居中的數值:西部的族群發展出高度的不對稱性,而東部的族群退回原本的對稱齒式。這分別代表了「character displacement」與「ecological niche release」的例子。
生態棲位模擬(ENM)顯示泰雅鈍頭蛇的分布預測與斯文豪氏大蝸牛有高度的關聯,而台灣鈍頭蛇的分布預測模式則與雙線蛞蝓有高度的關聯。
如前所述,「生態棲位分化」是個行之有年的研究熱點。但是,利用「對稱性」來調整自己的生態棲位分化,卻可能是全世界首見的報導。這篇文章的主體來自張凱翔的碩士論文,另一方面也靠著所有共同作者多年的努力所累積。經過漫長的審稿與等待,本文的線上版在2021刊登於動物學領域排行前2%的Journal of Animal Ecology。
※封面照來源:游崇瑋先生攝影
原文連結:Chang, K.-X., B.-H. Huang, M.-X. Luo, C.-W. Huang, S.-P. Wu, H. N. Nguyen, Si-Min Lin (2021). Niche partitioning among three snail-eating snakes revealed by dentition asymmetry and prey specialisation. Journal of animal ecology, 90(4), 967–977. https://doi.org/10.1111/1365-2656.13426 (IF2021=5.606, 3/180=1.7%, Zoology)
本文出處:研究發展處研究亮點
原始連結:https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/185
張凱翔 碩士畢 | 生命科學系
國立臺灣師範大學生命科學系碩士畢業。高中時期,在建中生研社培養夜觀與蛇類觀察的興趣,因此投入生態演化與環境保育的研究陣營。現在致力於蛇類保育工作的推廣,並長年進行珍稀蛇類的調查與研究。
林思民 優聘教授 | 生命科學系
國立臺灣師範大學生命科學系優聘教授。以兩棲爬行動物為主要研究對象,亦專精於異寵的飼養、管理與貿易議題。較著名的研究包括發表翠斑草蜥、鹿野草蜥、泰雅鈍頭蛇、太田樹蛙等新種,發現金門緬甸蟒,長年進行草蜥的標放以研究其斷尾策略,並訓練斑龜的數感能力。課餘時間進行猛禽調查研究,現任台灣猛禽研究會理事長,在兩爬之外亦發表多篇猛禽相關的論文。