2005年臺灣國際科學展覽會
研究報告
作 者:吳哲榕
作品名稱:蟋蟀的聲音行為與 DNA 序列之探討
學 校:台北市立建國中學
指導老師:國立中興大學 楊正澤教授 私立高雄醫學大學 葉文斌教授 台北市立建國中學 劉翠華老師
關鍵詞: 蟋蟀聲音 、 行為模式 、 DNA序列分析
中文摘要
蟋蟀聲音與行為的關係密不可分。取北部四種蟋蟀樣本,以數位錄音筆錄製及電 腦軟體分析蟋蟀的聲音,並用PCR 技術萃取蟋蟀的粒線體 DNA(16S)加以分析,藉此 和傳統的形態學分類相互比較。結果發現蟋蟀聲音的頻率特性中主頻率的差異在親緣 遠近有關聯性,但聲音的時間特性方面則沒有特定關聯,不過聲學分析圖仍可作為單 一種的鑑定指標。此外,研究發現此4 種蟋蟀的聲音頻率範圍有重疊現象,但主頻率、
脈衝比、唧聲率及唧聲長不同,推測雌蟋蟀應是綜合這些特性辨別同種。另一方面,
以黑蟋蟀作為研究對象,進行干擾實驗,觀察並繪製出其聲音行為模式; 並將此作為 對照,結果發現蟋蟀的生殖行為主要受到雄蟋蟀的聲音支配,而雄蟋蟀則以嗅覺辨別 雌蟋蟀位置,決定下一步行動,與視覺較無關係。
English summary
Cricket's voice is closely related to the behavior. We select four species of crickets from the northern Taiwan to study the acoustic and mating behaviors. The digital sound recorder and acoustic software are used to analyze their acoustic characters. Furthermore, the PCR technology is used to amplify and sequence parts of mtDNA sequences and the results were compiled as the comparison to the traditional morphological character. The result shows that the resolution in acoustic characters of main frequency, pulse number, chirp rate, and the length of chirp are different among four species, though the minor frequency pattern is overlapping. Moreover, we find that frequency characteristic difference among four species is partly related to their phylogenetic relationship, yet is not seen in time characteristic. It is obvious that difference of acoustic behavior can be regarded as identified index among species.
Results of acoustic analysis impel us to infer that the female crickets take the comprehensive acoustic behavior to distinguish their specific male. In addition, behavior pattern and model of Gryllus bimaculatus are established as the comparison of interfering experiment is undertaken. Which results suggest that the mating behavior in cricket is dominated by males’ acoustic behavior, and is initiated by male’s olfactory sense rather than that of sight.
壹、前言
一、 蟋蟀簡介
蟋蟀在生物分類學上屬於動物界、節肢動物門的昆蟲綱直翅目螽斯亞目蟋蟀總科。
全世界已知的蟋蟀種類估計約有3,000 種,臺灣地區約有 80 多種,其中又以地棲蟋蟀較 為人所熟知。臺灣的地棲蟋蟀,已知有蟋蟀科36 種,地蟋科 2 屬 11 種,毛翅蟋科 5 種 及蟻蟋科1 種,共計 53 種。本土蟋蟀的研究方面,台灣大蟋蟀(Brachytrupes portentosus)、
黃班黑蟋蟀(Gryllus bimaculatus)、白緣眉紋蟋蟀(Teleogryllus mitratus)、烏頭眉紋蟋蟀 (Teleogryllus occiptalis )等,皆有形態學及聲學的研究(楊,1993)。
二、 蟋蟀的聲音行為
蟋蟀等直翅目昆蟲自二疊紀起便靠聲音溝通,聲音行為即是指以聲音為溝通訊號的 行為,聲音成為現代分類學之重要特徵。雄蟋蟀羽化成熟時會將前翅豎起,由左翅後緣 增厚的彈器來刮右翅下方齒狀突起的弦器,當前翅一張一合之際發出聲音。一般來說,
蟋蟀發聲的曲目可分為:呼喚聲音(calling sound)、求偶聲音(courtship sound)、求偶中斷 聲音(courtship interruption sound)、交尾後聲音(post-copulatory sound)、攻擊性聲音 (aggressive sound)及辨識聲音(recognition sound),一般研究多著重在呼喚聲音,生物學家 Fulton 曾強調呼喚聲音是共域種間生殖隔離作用的重要機制(楊,1999)。
野外蟋蟀是輪流鳴叫的,而雌蟋蟀會被其中最強的唧聲吸引,但她只對會同種的聲 音有反應。她們能分辨出聲音訊號中極細微的差異,甚至能辨別出雜交種間聲音的不同。
科學家相信其腦部的神經細胞具有模式產生器(pattern generator),且受到遺傳影響,使她 們能精準擇偶(Hart,1999)。
此外,雄蟲前翅的翅基有杯狀突起,稱為漢考克氏腺,會分泌費洛蒙。科學家相信,
在雄蟲振動前翅鳴叫的同時,也在周圍散出費洛蒙(矢島稔,1999)。
三、 聲學特徵分析
聲學描述的方式,較為詳盡且明確的為同時呈現頻譜圖、波形圖及聲紋圖三種。而 描述聲學特徵的術語包括
1、時間特性:唧聲(chirp):由數個脈衝(pulse)組成的一段聲音,兩個脈衝間為脈衝間隔 (pulse interval)在兩個唧聲間為唧聲間隔(chirp interval),而唧聲長度稱為唧聲長(chirp length),一段時間內唧聲出現的次數則稱為唧聲率(chirp rate)。
2、頻率特性:主頻率(main frequency)為頻譜中能量最強之處,該處最大頻率範圍為主頻 寬(main frequency range)(楊,1999)。
一般的文獻多半限於呼喚叫聲,未提及其他叫聲,而在行為模式中描述求偶特性,
卻未見求偶聲音的描述。文獻證實蟋蟀會對特定頻率的聲音產生反應,但此實驗僅限於 單一頻率的單音,未有針對脈衝及唧聲等其他聲學上的探討(Faulkes and Pollack, 2001)。
綜合以上各點,蟋蟀的聲音接收與頻率或節奏有關,然而在同一個區域生活的共域 種,如:白緣眉紋蟋蟀及烏頭眉紋蟋蟀,其聲音頻率範圍也有重疊處,其聲音差異或許 與頻峰、脈衝比、唧聲長、唧聲間隔不同有關,於是想就此點設計實驗驗證。利用數位 化的錄放音裝置,其不論在體積、錄音品質及聲音修改方面,都比傳統的錄音設備精密
許多,使我們得以簡單的方式錄製並分析蟋蟀的聲音,希望能辨別不同種蟋蟀與其聲紋 及頻譜的異同,並將傳統的形態學分類及 DNA 序列分析比較,建立蟋蟀的聲紋分類檢 索表。
此外,關於一般研究並未把聲音及行為做整合探討,希望藉由此實驗了解彼此間的 關聯,希望能用新科技對蟋蟀的整套生殖行為做較完整的描述,建立蟋蟀交配的行為模 式,並以機械干擾及修改聲音等方式,進一步了解蟋蟀的生殖行為及聲音的意義。
四、 研究目的
1、 辨別不同種蟋蟀與其聲紋及頻譜的異同,以便未來建立蟋蟀的聲學分類檢索表。
2、 在原有蟋蟀系統分類基礎上,提供 DNA 序列分析結果,作為輔助分類特徵。
3、 探討蟋蟀的生殖行為主要受何種感官影響。
4、 探討雌蟋蟀受其他聲音干擾之反應。
貳、研究方法
野外採集蟋蟀 飼養觀察
錄音分析 繁殖
購買之黑蟋蟀
資料比對
干擾實驗 聲音修改
機械刺激 聲音刺激
鏡子 照片
透明塑膠片 玻璃罩
假蟋蟀
呼喚聲 求偶聲
圖(一) 實驗流程圖 不透明塑膠片
DNA 序列分析
一、 研究設備與器材 1、 活體材料
(1) 黃斑黑蟋蟀 (Gryllus bimaculatus De Geer,1773) (2) 白緣眉紋蟋蟀 (Teleogryllus mitratus Burmeister,1838) (3) 烏頭眉紋蟋蟀 (Teleogryllus occiptalis Serville,1839) (4) 小扁頭蟋蟀 (Loxoblemmus equestris Saussure,1877)
2、 飼養觀察器材
(1) 塑膠罐(直徑 9.6 ㎝、高 12.1 ㎝) (2) 塑膠瓶(直徑 1.28 ㎝、高 4.3 ㎝) (3) 河沙
(4) 高麗菜、狗飼料(寶路幼犬飼料) (5) 棉花、鑷子、酒精
(6) 塑膠飼養觀察箱、水缸、加熱墊。
(7) 錄音筆(Cenix VR―P280,SAMSUNG BR-1640,SAFA SR-M292F) (8) 數位相機(Sony DSC―V1)
(9) 電腦、聲音處理軟體 Cool Edit2000(於 Toget 下載試用版)、印表機
3、 核酸序列分析實驗儀器
圖(二) 若蟲飼養裝置 (1) Pipetteman (Gilson)
(2) 電泳槽(Mupid-2) (3) 離心機(Sigma-2K15)
(4) 循環定溫箱(GeneAmp 2700)
(5) 紫外線照相設備(MuitilMage) (6) 其他實驗室必備物品
4、 干擾實驗器材 (1) 鏡子
圖(三) 成蟲飼養裝置 (2) 照片
(3) 透明塑膠片 (4) 不透明塑膠片 (5) 玻璃罩
(6) 塑膠蟋蟀假體。
5、 溶液配方
(1) 膠片:2% agarose、0.5%TAE buffer (2) Working solution:0.5%TAE buffer
圖(四) 若蟲飼養箱 圖(五) 保溫裝置 圖(六) 實驗用觀察箱
二、 蟋蟀的取得與飼養 1、 蟋蟀來源
購買水族館飼養之餵魚用黑蟋蟀。野外採集烏頭眉紋蟋蟀(台北新莊近郊、花 蓮、高雄)、白緣眉紋蟋蟀(台北新莊近郊、花蓮、高雄)、小扁頭蟋蟀(台北新莊近郊、
中和近郊、墾丁)
2、 飼養器材
塑膠罐(直徑 9.6 ㎝、高 12.1 ㎝)、塑膠瓶(直徑 1.28 ㎝、高 4.3 ㎝)、河沙、高麗 菜、狗飼料(寶路幼犬飼料)、棉花、鑷子、酒精、塑膠飼養觀察箱、水缸、加熱墊。
3、 蟋蟀飼養
將若蟲群體飼養於水缸及飼養觀察箱內,以寶特瓶蓋及棉花餵水,幼犬飼料 餵 食。有翅芽之老熟若蟲,移至直徑9.6 ㎝、高 12.1 ㎝之塑膠罐單獨飼養,罐底鋪細 沙、以小塑膠瓶裝水供水,餵食幼犬飼料。以自製加熱墊將溫度控制在 20℃~30℃
間。
三、 錄音與分析 1、 呼喚聲音
(1) 隔絕週遭雜音。
(2) 在成熟雄蟲養殖罐內懸掛麥克風,離罐底 8 公分左右,以避免錄音受阻。
(3) 待蟋蟀發出呼喚叫聲時,開始錄音。
(4) 將錄好之聲音以電腦程式剪裁修改並記錄。
2、 攻擊聲音
(1) 隔絕週遭雜音。
(2) 取二成熟雄蟲,放置在同一養殖罐內,中懸掛麥克風,離罐底 8 公分左右以避免 聲音受阻。
(3) 待其互相發出攻擊警戒聲時,開始錄音。
(4) 將錄好之聲音以電腦程式剪裁修改並記錄。
3、 交配聲音 (含求偶、交配中斷、交配結束等) (1) 隔絕週遭雜音。
(2) 取成熟雄、雌蟲,放置在同一養殖罐內,中懸掛麥克風,離罐底 8 公分左右,在 其進行交配時錄音。
(3) 待其互相發出交配叫聲時,開始錄音。
(4) 將錄好之聲音以電腦程式剪裁修改並記錄。
四、 核酸序列分析實驗
1、蟋蟀 DNA 的萃取 (使用 Wizard Genomic DNA Purification Kit, Promega) (1) 拔取蟋蟀樣本中足,放到研磨器中。
(2) 加入 120μm ,0.5M EDTA 及 500μl Nuclei Lysis。
(3) 將中足磨碎。
(4) 將樣本倒入離心管中。
(5) 加入 17.5μl Proteinase K.混和均勻。
(6) 於 55℃下水浴 12 小時。
(7) 加入 3μl RNase 於樣本中,上下翻轉 2~5 次。
(8) 於 37℃下水浴 30 分鐘。
(9) 於冰上靜置 5 分鐘。
(10) 加入 200μl Protein Precipitation,震動 20 秒。
(11) 於冰上靜置 5 分鐘。。
(12) 以≧13000rpm 速率離心 4 分鐘。
(13) 取新的離心管,加入 600μl 的 isopropanal
(14) 用 pipette 取樣本上清液 600μl 至新的離心管中。
(15) 上下倒轉數次。
(16) 以≧13000rpm 速率離心 10 分鐘。
(17) 加入 600μl、75%酒精,上下倒轉數次。
(18) 以≧13000rpm 速率離心 2 分鐘。
(19) 倒掉上清液,真空乾燥。
(20) 加入 100μl 二次水保存於零下 20℃
2、PCR
(1) 藥品與含量
藥品 體積(μl) 藥品 體積(μl) dd H2O 46.5 dNTP(2.5μM) 5 10X Reaction
Buffer
5 Ex Taq 0.5
16S21(100μM) 1 蟋蟀樣本(1ng/μl) 1
16S22(100μM) 1
(16S21:5'CGCCTGTTTAACAAAAACAT3' (Kocher et al., 1989))
(16S22: 5'CCGGTCTGAACTCAGATCACGT3' (Palumbi,1996))
(2) 反應條件
94℃ 2 分鐘 94℃ 50 秒 50℃ 40 秒 72℃ 50 秒
反應30 次
72℃ 10 分鐘
(3) 以 2% agarose 膠片,注入 PCR 產物,電泳並染色拍照。
3、DNA 回收(使用 Viogene Kit)
(1) 以 2% agarose 膠片,注入 PCR 產物,電泳。
(2) 紫外光照射下,切下所需的 gel band,放入 quick spin column。
(3) 以加入 GEX buffer 700ml,並於 50℃下水浴以溶解 agarose。
(4) 離心 2 分鐘,到掉下層液。
(5) 加入 WF buffer 500ml,離心 2 分鐘,到掉下層液。
(6) 加入 WS buffer 700ml,離心 2 分鐘,到掉下層液。
(7) 換新的離新管,以 60μl 二次水回溶。
(8) 保存於零下 20℃。
(9) 外送定序。
primers
16SR21&16S22
5. 小扁頭蟋蟀 4. 黑蟋蟀
3. 白緣眉紋蟋蟀 2. 烏頭眉紋蟋蟀 1. Marker
左起
圖(七) PCR 產物
五、 機械干擾實驗 抽出紙板,改以干擾物 在上預備,待公蟲靠近 母蟲 2~3 cm 時放下干 擾物。
取一透明箱,中間以一厚 紙板分隔,將雄蟲、雌蟲 放入放置 10 分鐘,使其
熟悉環境。 觀察雄、雌蟲下
一步行動。
圖(八) 干擾實驗流程圖示 1
3.
2.
1、 鏡子
(1) 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔,先分別將雄蟲、雌蟲放入透明箱之兩端,放 置10 分鐘,使其熟悉環境。
(2) 抽出紙板,改以鏡子在上預備。
(3) 待雄蟲靠近雌蟲 2~3 cm 時,放下鏡子(正面朝向雄蟲)。
(4) 隔絕雄、雌蟲,觀察雌、雄蟲行動。
2、 照片
研究過程同上,改以照片刺激。
3、 透明塑膠片
研究過程同上,改以透明塑膠片隔絕兩蟋蟀(雄蟲可看見雌蟲,但卻被阻隔,仍聞得 到氣味)。
4、 不透明塑膠片
研究過程同上,改以不透明塑膠片隔絕兩蟋蟀(雄蟲看不見雌蟲,仍聞得到氣味)。
5、 玻璃罩 (1) 罩住雄蟲
A. 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔,分別將雄蟲、雌蟲放入透明箱之兩端,
放置10 分鐘,使其熟悉環境。
B. 抽出紙板,改以玻璃罩在雄蟲上預備。
C. 待雄蟲發出求偶叫聲,並開始靠近雌蟲,當雌蟲之觸角靠近雄蟲 2~3 cm 時,
以玻璃罩住。隔絕雄、雌蟲,觀察雌、雄蟲的後續行動。
(2) 罩住雌蟲:過程同上,改以玻璃罩住雌蟲。
6、 蟋蟀假體
(1) 準備一蟋蟀假體。
(2) 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔,先分別將雄蟲、雌蟲放入透明箱之兩端放置 10 分鐘,使其熟悉環境。
(3) 抽出紙板,改以蟋蟀假體在上預備,待雄蟲發出求偶叫聲,並開始靠近雌蟲。
(4) 在雄蟲之觸角靠近雌蟲 5 cm 時,以雌蟋蟀假體取代雌蟲原位,觀察雄蟲下一步 行動。
六、 聲音干擾實驗 1、 聲音干擾-呼喚
(1) 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔。
(2) 先分別將公蟲、母蟲放入透明箱之兩端。
(3) 母蟲端放入擴音器。
(4) 放置 10 分鐘,使其熟悉環境。
(5) 抽出紙板,使公蟲得以靠近母蟲。
(6) 待公蟲靠近母蟲 2~3 cm 時放出該蟋蟀之呼喚聲。
(7) 觀察公、母蟲下一步行動。
2、 聲音干擾-求偶
(1) 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔 (2) 先分別將公蟲、母蟲放入透明箱之兩端 (3) 母蟲端放入擴音器
(4) 放置 10 分鐘,使其熟悉環境 (5) 抽出紙板,使公蟲得以靠近母蟲
(6) 待公蟲靠近母蟲 2~3 cm 時放出該蟋蟀之求偶聲 (7) 觀察公蟲下一步行動
3、 聲音干擾-攻擊
(1) 取一透明箱,中間以一厚紙板分隔攻擊 (2) 先分別將公蟲、母蟲放入透明箱之兩端 (3) 母蟲端放入擴音器
(4) 放置 10 分鐘,使其熟悉環境 (5) 抽出紙板,使公蟲得以靠近母蟲
(6) 待公蟲靠近母蟲 2~3 cm 時放出該蟋蟀之攻擊聲 (7) 觀察公蟲下一步行動
參、 研究結果
一、 蟋蟀的聲學特徵 1、蟋蟀的聲音之比較
黑蟋蟀 小扁頭蟋蟀
波形圖
聲紋圖
頻譜圖 1
頻譜圖 2
圖(九) 黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀聲音分析圖
烏頭眉紋蟋蟀 白緣眉紋蟋蟀
波形圖
聲紋圖
頻譜圖 1
頻譜圖 2
圖(十) 烏頭眉紋蟋蟀與白緣眉紋蟋蟀聲音分析圖。
表(一) 聲音分析數據整理
頻率特性 時間特性
蟋蟀種類 主頻率
(Hz)
頻率範圍
(Hz)
第一共振頻率 平均值(Hz)
唧聲率
(個/1 秒)
脈衝比
(個/1 唧聲)
唧聲長
(秒)
黃斑黑蟋蟀 5250 5000~6000 10950 3.4 4~7 0.20 烏頭眉紋蟋蟀 4000 3500~5500 8000 2.1 6~7 0.20 白緣眉紋蟋蟀 3150 2500~3500 約6500左右
(微弱不明顯)
1.3 4~6 0.28 小扁頭蟋蟀 5100 4500~6000 10000 3.0 1~7 0.10 (1) 黃斑黑蟋蟀 (Gryllus bimaculatus)
頻率特性:主頻率為 5250 Hz,主頻寬大約在 5000~6000 Hz 之間。
時間特性:脈衝比在 4~7 之間,唧聲長 0. 20 秒。
(2) 烏頭眉紋蟋蟀 (Teleogryllus occiptalis)
頻率特性:主頻率為 4000 Hz,主頻寬大約在 3500~5500 Hz 之間。
時間特性:脈衝比在 6~7 之間,唧聲長 0. 20 秒。
(3) 白緣眉紋蟋蟀 (Teleogryllus mitratus)
頻率特性:主頻率為 3150 Hz,主頻寬大約在 2500~3500 Hz 之間。
時間特性:脈衝比在 4~6 之間,唧聲長 0. 28 秒。
(4) 小扁頭蟋蟀 (Loxoblemmus equestris)
頻率特性:主頻率為 5100 Hz,主頻寬大約在 4500~6000 Hz 之間。
時間特性:脈衝比在 1~7 之間,唧聲長 0. 12 秒。
(5) 綜合圖(九)、圖(十),就波形圖而言,烏頭眉紋蟋蟀與黑蟋蟀相近,白緣眉紋蟋蟀 與小扁頭蟋蟀相近。白緣眉紋蟋蟀與小扁頭蟋蟀的頻譜圖看似相近,實際上差了 2000 Hz。
(6) 表(一)中以頻率特性來看,黃斑黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀的頻率較高,烏頭眉紋和白緣眉 紋較低。
(7) 表(一)中以時間特性來看,前三種蟋蟀的脈衝比為 4~7,而小扁頭蟋蟀則為 1~7,變 異較大。
2、蟋蟀主要頻率的比較
主要頻率(Hz)
0 50
0 10
00 15
00 2000 2500
3000 3500 40
00 45
00 50
00 5500 60
00 小扁頭蟋蟀
白緣眉紋蟋蟀 烏頭眉紋蟋蟀 黑蟋蟀
主要頻率(Hz)
圖(十一) 蟋蟀叫聲主頻率比較圖。
(1) 黃斑黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀的頻率較高,烏頭眉紋和白緣眉紋較低。
(2) 黑蟋蟀的主頻範圍較其他蟋蟀窄。
3、蟋蟀叫聲脈衝比範圍的比較
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
黃斑黑蟋蟀 烏頭眉紋蟋蟀 白緣眉紋蟋蟀 小扁頭蟋蟀
蟋蟀叫聲脈衝比範圍
圖(十二) 蟋蟀叫聲脈衝比範圍比較圖。
(1) 小扁頭蟋蟀的脈衝比從 1~7 都有,其他三種大約都在 4~7 的範圍中。
4、蟋蟀唧聲長的比較
蟋蟀唧聲長
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
黃斑黑蟋蟀
烏頭眉紋蟋蟀
白緣眉紋蟋蟀
小扁頭蟋蟀
唧聲長(秒)
圖(十三) 蟋蟀唧聲長比較圖。
(1) 烏頭眉紋蟋蟀與黃斑黑蟋蟀的唧聲長度接近,而小扁頭與其他蟋蟀差異最多。
5、蟋蟀唧聲率的比較
蟋蟀唧聲率
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 黃斑黑蟋蟀
烏頭眉紋蟋蟀 白緣眉紋蟋蟀 小扁頭蟋蟀
唧聲率 (個/1秒)
圖(十四) 蟋蟀唧率比較圖。
(1) 黃斑黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀的唧聲率較大,且唧聲密集;而烏頭眉紋蟋蟀和白緣眉紋 蟋蟀的唧聲率較小,唧聲間隔較大。
二、 蟋蟀形態學分類親緣關係 1、四種蟋蟀形態特徵比較 表(二) 蟋蟀形態特徵比較
形態特徵 白緣眉
紋蟋蟀
烏頭眉 紋蟋蟀
黃斑黑 蟋蟀
小扁頭 蟋蟀
顏色
體為淡棕 色至紅棕 色;前胸 背板下緣 白色;具 眉紋
體為深棕 色至黑 色; 具眉
紋
體黑色;
翅基部有 鮮黃或金 黃色斑塊
體粽色
成蟲體型(mm) 20~29 19~23 20~27 11~14 頭部
頭側面觀 半圓形(A);三角形(B) A A A B
頭前面觀 圓形(A);菱形(B) A A A B
頭前面觀 可見三單眼(A);僅見中單眼(B) A A A B
頭背面觀 可見中單眼(A);不可見(B) B B B B
額 突出(A) ;凹陷(B) A A A B 頭頂 微凸(A);平坦(B) A B B B 觸角柄節 不具突起(A);具小角形突起
(B);具長突起(C)
A A A B 胸部
前胸背板兩側緣 向後靠併(A);互相平行 (B);向後外張(C)
B B A B 前胸背板前緣中央 凹入(A);平直(B);
凸出(C)
A A A B 前胸背板後緣中央 凹入(A);平直(B;
凸出(C)
B C C C 前翅 長翅型超過或未達腹末(A);
伸近腹末(B)
A A A B 前翅琴脈區 長四邊形(A);菱形(B);
三角形(C)
B B B A
前翅具琴脈幾條 7 5 4 3
前翅琴脈區 a>c(A); a=c(B); a<c(C) B B C C 前翅鏡區 四邊形(A);橢圓形(B);
三角形(C)
A A B A
2、蟋蟀形態學分類親緣關係
烏頭眉紋蟋蟀
白緣眉紋蟋蟀
黑蟋蟀
小扁頭蟋蟀
圖(十五) 蟋蟀形態學分類親緣關係枝狀圖
三、 16S rDNA 序列分析結果 (以烏頭眉紋蟋蟀作為對照) 1、四種蟋蟀 16S rDNA 序列之比對結果
1 50 烏頭眉紋蟋蟀 TGCCTGCCCA ATGAGTATTT GAATGGCCGC GGTATACTGA CCGTGCAAAG
白緣眉紋蟋蟀 TGCCTGCCCA ATGAATATTT GAATGGCCGC GGTATACTGA CCGTGCAAAG
黑蟋蟀 TGCCTGCCCA CTGAAGTATT AAATGGCCGC GGTATATTGA CCGTGCAAAG
小扁頭蟋蟀 -GCCTGCCCA CTGAGGAATT AAATGGCCGC GGTATTTTGA CCGTGCAAAG
Consensus - GCCTGCCCA -TGA----TT -AATGGCCGC GGTAT--TGA CCGTGCAAAG 51 100 烏頭眉紋蟋蟀 GTAGCATAAT CATTAGTCTC TTAATTGGAG GCTGGAATGA ATGGTTTGAC
白緣眉紋蟋蟀 GTAGCATAAT CATTAGTCTC TTAATTGGAG GCTGGAATGA ATGGTTTGAC
黑蟋蟀 GTAGCATAAT CATTAGTCTT TTAATTGAAG GCTGGAATGA ATGGTTTGAC
小扁頭蟋蟀 GTAGCATAAT CATTAGTCTT TTAATTGGAG GCTGGAATGA AAGGTTTGAC
Consensus GTAGCATAAT CATTAGTCT- TTAATTG-AG GCTGGAATGA A-GGTTTGAC
101 150 烏頭眉紋蟋蟀 GAAACAATTA CTGTCTCTTG ATAATGG-TT TGAATTTTAC
TTTTGAGTTA
白緣眉紋蟋蟀 GAAGCAATTA CTGTCTCTTA ATAATGA-TT TGAATTTTAC TTTTGAGTTA
黑蟋蟀 GAAACAATAA CTGTCTCGGT GTAATTA-AT TGAATTTTAT TTTTAAGTCA
小扁頭蟋蟀 GAAGCAACTA CTGTCTCGAT TTAATAATAT TGAATTTTAC TTTTAAGTCA
Consensus GAA-CAA--A CTGTCTC--- -TAAT----T TGAATTTTA- TTTT-AGT-A 151 200 烏頭眉紋蟋蟀 AAAGGCTCAA ATGTTGATAG GGGACGAGAA GACCCTATAG ATCTTGATAA
白緣眉紋蟋蟀 AAAGGCTCAA ATGTTGATAG GGGACGAGAA GACCCTATAG ATCTTGATAA
黑蟋蟀 AAAAGCTTAA ATAATAACAG GGGACGAGAA GACCCTATAG ATCTTAATAT
小扁頭蟋蟀 AAAGGCTTAA ATAATAATAG GGGACGAGAA GACCCTATAG ATCTTGAAAT
Consensus AAA-GCT-AA AT--T-A-AG GGGACGAGAA GACCCTATAG ATCTT-A-A- 201 250
烏頭眉紋蟋蟀 TTTATATTAA TTTTTTTGTT TGGATGGTAT TTATTGAATT TTAGTATATT 白緣眉紋蟋蟀 TTTATATTGA TTTTTTTGTT TGGATGGTAT TTAATAAATT
TTAGTATATT
黑蟋蟀 TATTATATTA AAATATATGT TTGGTAGTAT TTAATTTATT TTATTGTATA
小扁頭蟋蟀 GTTATTATGA TATATAAGTA TATGGTTGTG TGAAGTTATT ATTATAATAA
Consensus --T----T-A --- T--- T-A--—ATT -T--T---
251 300 烏頭眉紋蟋蟀 GTATTT-GGT TGGGGTGACA AGGGAATATG ATAACTTCTT ATTATTTAAC
白緣眉紋蟋蟀 GTATTT-GGT TGGGGTGACA GGGGAATATA ATAACTTCTT ACTATTTAAC
黑蟋蟀 ATGTTTT-GT TGGGGTGACA AGGGAATAAT TTAACTTCTT TTTATTTTAC
小扁頭蟋蟀 CATTTTTGGT TGGGGTGACA GGAGAATAGA AAAACTTCTT TAATTTAAAC
Consensus ---TTT—GT TGGGGTGACA- G-GAATA-- --AACTTCTT ----TT--AC 301 350 烏頭眉紋蟋蟀 TATGATGATT GGTTAATTGA TCCT-ATATT ATGGAATAAA
GATAAAGATA
白緣眉紋蟋蟀 TATGATGATT GGTTAATTGA TCCT-ATATT ATGGAATAAA GATAAAGATA
黑蟋蟀 TATGATGATT GGTTTATTGA TCCTGTTATT ATGGAATAAA GATAAAGATA
小扁頭蟋蟀 TATGATAATT GGTTTATGGA TCCT-ATTTT ATGGAATAAA GATGAAGATA
Consensus TATGATGATT GGTT-AT-GA TCCT--T-TT ATGGAATAAA GAT-AAGATA 351 400
烏頭眉紋蟋蟀 CCTTAGGGAT AACAGCGTAA TGTTATTGGA GAGTTCTTAT TGATAATAAA
白緣眉紋蟋蟀 CCTTAGGGAT AACAGCGTAA TGTTATTGGA GAGTTCTTAT TGATAATAAA
黑蟋蟀 CCTTAGGGAT AACAGCGTAA TATTATTGGA GAGTTCATAT TGATAATAAG
小扁頭蟋蟀 CCTTAGGGAT AACAGCGTAA TTTTATTGGA GAGTTCATAT TGATAATGAA
Consensus CCTTAGGGAT AACAGCGTAA T-TTATTGGA GAGTTC-TAT TGATAAT-A-
401 450 烏頭眉紋蟋蟀 GATTGCGACC TCGATGTTGG ATTAAGAAAA TTATTAGGTG CAGAAGCTTA
白緣眉紋蟋蟀 GATTGCGACC TCGATGTTGG ATTAAGAAAA TTATTAAGTG CAGAAGCTTA
黑蟋蟀 GATTGCGACC TCGATGTTGG ATTAAGAAAA TTATTGGGTG CAGGAGCTCA
小扁頭蟋蟀 GATTGCGACC TCGATGTTGG ATTAAGAATA TAATTAGATG CAGGAGTTTA
Consensus GATTGCGACC TCGATGTTGG ATTAAGAA-A T-ATTGT--G CAG-AGCT-A 451 500
烏頭眉紋蟋蟀 ATTTATTGGT CTGTTCGACC ATTAAATTCT TACATGATCT GAGTT 白緣眉紋蟋蟀 ATTTATTGGT CTGTTCGACC ATTAAATTCT TACATGATCT GAGTT 黑蟋蟀 ATATATTGGT CTGTTCGACC ATTAAATTCT TACATGATCT GAGTT 小扁頭蟋蟀 ATTTATTGGT CTGTTCGACC ATTAAATTCT TACATGATCT GA-TT Consensus AT-TATTGGT CTGTTCGACC ATTAAATTCT TACATGATCT GA-TT
2、蟋蟀 16S rDNA 序列的比較
表(三) 不同種蟋蟀與烏頭眉紋蟋蟀的序列比較
與烏頭眉紋差異鹼基 與烏頭眉紋相同鹼基 差異百分比
烏頭眉紋蟋蟀 0 495 0%
白緣眉紋蟋蟀 11 484 2.27%
黑蟋蟀 69 426 13.94%
小扁頭蟋蟀 85 410 17.17%
表(四) 不同種蟋蟀之 A、T、C、G 鹼基比例
A(%) T(%) C(%) G(%)
烏頭眉紋蟋蟀 30.28 36.99 10.98 21.75
白緣眉紋蟋蟀 31.10 36.59 11.18 21.14
黑蟋蟀 32.25 36.71 10.95 20.08
小扁頭蟋蟀 33.13 34.76 10.98 21.14
平均 31.69 36.26 11.02 21.03
烏頭眉紋蟋蟀
白緣眉紋蟋蟀 黑蟋蟀
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 小扁頭蟋蟀
差異度(%) 圖(十六) 16S rDNA 序列分析差異度樹狀圖
(1) 由表(二)得知白緣眉紋蟋蟀與烏頭眉紋蟋蟀的核酸序列最為相近,其次是黑蟋蟀,小 扁頭蟋蟀則差最遠。
(2) 由圖(十六)16S rDNA 序列演化圖來看,白緣眉紋蟋蟀與烏頭眉紋蟋蟀的關係最接近。
3、蟋蟀頻率等級的比較
圖(十七) 蟋蟀頻率等級樹狀圖。
白緣眉紋蟋蟀
0 1 2 3 4 5 小扁頭蟋蟀
烏頭眉紋蟋蟀
黑蟋蟀
頻率等級(1~5)
註:蟋蟀頻率等級計算方式
根據表(一)各種蟋蟀主頻率最高者[(黑蟋蟀 5250 Hz)-最低者(白緣眉紋 3150 Hz)]÷
採樣數(4),取得間距=525,並由最小值起每隔一建距,等級差一。
(1) 由圖(十七)頻率等級顯示白緣眉紋蟋蟀與烏頭眉紋蟋蟀頻率較接近,而黑蟋蟀與小扁頭 蟋蟀則坐落在同一等級區內。
四、 不同地區烏頭眉紋蟋蟀 COI DNA 序列分析結果
1、東部及北部地區烏頭眉紋蟋蟀之 COI DNA 序列之比對
1 60 台北地區
GATATAGCATTTCCACGGATAAATAATATAAGATTTTGATTATTACCACCATCATTAAC T
花蓮地區GATATAGCATTTCCACGGATAAATAATATAAGATTTTGATTATTACCACCA TCATTAACT
61 120 台北地區
CTCCTATTAACCAGAAGAATAGTTGAAAATGGTGCAGGAACAGGATGAACAGTATATC CA
花蓮地區
CTCCTATTAATCAGAAGAATAGTTGAAAATGGTGCAGGAACAGGATGAACAGTATATC CA
121 180 台北地區
CCTTTATCAACTGGTATTGCCCATGCAGGAGCATCGGTTGATCTAGCCATTTTCTCGTT A
花蓮地區
CCTTTATCAACTGGTATTGCCCATGCAGGAGCATCGGTTGATCTAGCCATTTTCTCGTT A
181 240 台北地區
CATTTAGCGGGAATTTCTTCGATTCTAGGAGCTGTAAATTTTATTACAACCATAATCAA T
花蓮地區
CATTTAGCGGGAATTTCTTCGATTCTAGGAGCTGTAAATTTTATTACAACCATAATCAA T
241 300 台北地區
ATACGAGCACCTGGAATATCAATAGATCAAACACCTTTATTTGTATGAGCTGTTGGTAT T
花蓮地區
ATACGAGCACCTGGAATATCAATAGATCAAACACCTTTATTTGTATGAGCTGTTGGTAT T
301 360 台北地區
ACTGCTCTTTTACTATTGTTATCACTACCAGTATTAGCTGGTGCTATTACTATATTATTA
花蓮地區
ACTGCTCTTTTACTATTGTTATCACTACCAGTATTAGCTGGTGCTATTACTATATTATTA 表(五) 不同地區烏頭眉紋蟋蟀蟋蟀之 A、T、C、G 鹼基比例
A(%) T(%) C(%) G(%)
台北地區 31.11 34.44 18.33 16.11 花蓮地區 31.11 34.72 18.05 16.11
(1) 北部地區的樣本和東部地區的樣本在 COI DNA 序列上有一個含氮鹽基的變異,位於第 71 個位置。
五、蟋蟀交配行為模式:統計黑蟋蟀的在未受干擾下的交配行為,歸納出下列各圖
雄蟋蟀發出 呼喚聲 10/10
雌蟲靠近 5/10 鏡子干擾(鏡
面向雄蟲)
放下鏡子
雄蟲不理會鏡子中 自己的像,試圖繞 過鏡子,向雌蟋蟀 方向移動探索。5/5
圖(十七):在鏡子干擾下,蟋蟀生殖行為圖 交配過程失敗
5/10
雄蟋蟀發出呼 喚聲 10/10
雌蟲靠近 照片干擾
放下照片
雌蟲靠近雄蟋蟀發 音位置移動探索,
對相片無反應。4/7 交配過程停止
3/10
圖(十八):在照片干擾下,蟋蟀生殖行為 雄蟲依舊發出呼
喚聲,向雌蟋蟀方 向移動探索。3/7
雄蟋蟀發出呼 喚聲 15/15
雌蟲靠近 15/15
雄蟋蟀轉發求偶叫 聲 15/15
雌蟲接近 9/15
雄蟲向前 9/9
雌蟲未接近 6/15
雄蟋蟀繞到雌 蟋蟀前 6/6
雌蟲尾隨 7/9 雌蟲未尾隨 2/9
雌蟲撐高身體 7/7
雄蟲退後鑽入雌蟲下方 7/7
掛精胞 7/7
交配成功 6/7 未成功 1/7
雄蟋蟀發出交 配中斷聲音 黑蟋蟀之交配行
為模式
說明:
每個文字框下 方"A/B"表 示 B 次數中有 A 次如此。
圖(十八) 黑蟋蟀交配行為模式圖
雄蟋蟀發出呼 喚聲 10/10
雌蟲靠近 5/10 鏡子干擾(鏡
面向雄蟲)
放下鏡子
雄蟲不理會鏡子中 自己的像,試圖繞過 鏡子,向雌蟋蟀方向 移動探索。5/5
圖(十九) 在鏡子干擾下,蟋蟀生殖行為圖 交配過程失敗
5/10
(1) 在鏡子干擾下,蟋蟀可以看見鏡中反射的影像。
(2) 蟋蟀不受影響。
雄蟋蟀發出呼 喚聲 10/10
雌蟲靠近 照片干擾
放下照片
雌蟲靠近雄蟋蟀發 音位置移動探索,
對相片無反應。4/7 交配過程停止
3/10
圖(二十) 在照片干擾下,蟋蟀生殖行為圖 雄蟲依舊發出呼
喚聲,向雌蟋蟀方 向移動探索。3/7
(1) 在照片干擾下,蟋蟀可以看見照片顯示的蟋蟀影像。
(2) 蟋蟀不受影響。
雄蟋蟀發出呼喚聲
雌蟲靠近 透明塑膠片干擾
放下透明塑膠片
雌蟲靠近雄蟋蟀發音位 置移動探索。8/10 雄蟲靠近雌蟲 7/10
彼此觸角相碰 7/10
雄蟲轉發求偶聲 7/10 雌蟲隔塑膠片試圖 接近。7/10
雄蟲再轉回呼喚聲 5/10
圖(二十一) 在透明塑膠片干擾下,蟋蟀生殖行為圖 交配過程停止
3/10
(1) 以透明塑膠片干擾,蟋蟀彼此可以互相看到,也可以聞到彼此氣味,但無法接近。
雄蟋蟀發出呼喚聲 10/10
雌蟲靠近 7/10 不透明塑膠片干擾
放下不透明塑膠片
雌蟲靠近雄蟋蟀發音 位置移動探索。9/10 雄蟲靠近雌蟲 7/10
彼此觸角相碰 6/7
雄蟲轉發求偶聲 6/6 雌蟲隔塑膠片試圖 接近。6/6
雄蟲再轉回呼喚聲 5/6
圖(二十二) 在不透明塑膠片干擾下,蟋蟀生殖行為圖 交配過程停止
3/10
(1) 以不透明塑膠片處理,蟋蟀看不到彼此,也無法接觸,但仍可以聞到氣味。
雄蟋蟀發出 呼喚聲 10/10
雌蟲靠近 玻璃罩干擾
(罩住雌蟲)
罩住雌蟲
雄蟲依舊發出 呼喚聲。9/10 交配過程停止
1/10
圖(二十三) 在玻璃罩干擾(罩住雌蟲)干擾下,蟋蟀生殖行為圖 (1) 以玻璃罩罩住雌蟲,使雄蟲無法聞到雌蟲氣味,但仍可以看見雌蟲。
(2) 雄蟋蟀多半原地徘徊,發出叫聲。
雄蟋蟀發出 呼喚聲 10/10
雌蟲靠近 6/10 玻璃罩干擾
(罩住雄蟲)
罩住雄蟲
雌蟲離開 6/6
雄蟲停止叫聲 6/6
圖(二十四) 在玻璃罩干擾(罩住雄蟲)干擾下,蟋蟀生殖行為圖 (1) 以玻璃罩罩住雌蟲,使雄蟲無法聞到雌蟲氣味,但仍可以看見雌蟲。
(2) 雄蟋蟀在玻璃罩罩下後停止叫聲。
雄蟋蟀發出 呼喚聲 5/5
雌蟲靠近 蟋蟀假體干擾
(代替雄蟲)
放入蟋蟀假體 移出雄蟲
雌蟲四處探索 3/5
雌蟲離開3/3 交配過程停止
2/5
圖(二十五) 在蟋蟀假體干擾(罩住雄蟲)干擾下,蟋蟀生殖行為圖 (1) 在放入蟋蟀假體後,雌蟋蟀對假體並沒有反應。
雄蟋蟀發出 呼喚聲 5/5
雌蟲靠近 3/5 蟋蟀假體干擾
(代替雌蟲)
放入蟋蟀假 體移出雌蟲
雄蟲不理會 仍保持呼喚 聲
圖(二十六) 在蟋蟀假體干擾(罩住雌蟲)干擾下,蟋蟀生殖行為圖 (1)在放入蟋蟀假體後,雄蟋蟀對假體並沒有反應,亦沒有轉發求偶聲。
雄蟋蟀發出 呼喚聲 20/20
雌蟲靠近 18/20
雄蟋蟀轉發求偶 叫聲 18/20
雌蟲接近 13/18
雄蟲向前 13/13
雌蟲未接近 5/18
雄蟋蟀繞到 雌蟋蟀前 4/4
雌蟲尾隨 9/13 雌蟲未尾隨 4/13
雌蟲撐高身體 9/9
雄蟲退後鑽入雌蟲下方 9/9
掛精胞 9/9
交配成功 6/9 未成功 3/9
雄蟋蟀發出交 配中斷聲音 3/3 黑蟋蟀之呼喚聲
干擾
圖(二十七) 黑蟋蟀受呼喚聲干擾之交配行為
放出呼喚聲 雌蟲未靠近 2/20
結束
(1) 以呼喚聲干擾,黑蟋蟀的行為模式未受影響。
雄蟋蟀發出 呼喚聲
雌蟲靠近 15/15
雄蟋蟀轉發求偶 叫聲 15/15
雌蟲接近 11/15
雄蟲向前 11/11
雌蟲未接近 4/15
雄蟋蟀繞到 雌蟋蟀前 1/1
雌蟲尾隨 10/11 雌蟲未尾隨 1/1
雌蟲撐高身體
雄蟲退後鑽入雌蟲下方 8/9
掛精胞 8/8
交配成功 未成功 3/8
雄蟋蟀發出交 配中斷聲音 3/3 黑蟋蟀之求偶聲
干擾
圖(二十八) 黑蟋蟀受求偶聲干擾之交配行為 放出求偶聲,持
續播放至結束
雌蟲退開 1/9
(1) 以求偶聲干擾,黑蟋蟀的行為模式未受影響。
肆、 討論
一、 16S rDNA 序列分析與傳統形態學 1、16S rDNA 序列分析討論
針對實驗的4 個樣本,495 個鹼基分析,發現其中 A、T、C 及 G 的比例接近,平 均為各為31.69%、36.26%、11.26%、21.03%。彼此間鹼基有差異,烏頭眉紋蟋蟀和 白緣眉紋蟋蟀的差異度為2.27%,烏頭眉紋蟋蟀和黑蟋蟀的差異度為 13.94%,而烏頭 眉紋蟋蟀和小扁頭蟋蟀的差異度為17.17%。烏頭眉紋蟋蟀與白緣眉紋蟋蟀的親緣關係 較其他兩者接近。黃斑黑蟋蟀與烏頭眉紋蟋蟀及與白緣眉紋蟋蟀的關係較小扁頭蟋蟀 為接近。
2、傳統形態學
根據傳統形態學分類(表二)繪製而成的樹狀圖(圖十五),可看出這四種蟋蟀的親緣 關係,其中烏頭眉紋蟋蟀(Teleogryllus occiptalis)與白緣眉紋蟋蟀(Teleogryllus mitratus) 同屬於 Teleogryllus 屬蟋蟀,親緣關係較其他兩者不同屬接近。黃斑黑蟋蟀(Gryllus bimaculatus)和小扁頭蟋蟀(Loxoblemmus equestris)不同屬,黃斑黑蟋蟀與烏頭眉紋蟋 蟀及與白緣眉紋蟋蟀之較為接近(楊,1993)。
3、16S rDNA 序列分析與傳統形態學之間的比較
根據表(三),烏頭眉紋及白緣眉紋的 DNA 序列分析結果較接近,與傳統形態學 分類契合,顯示傳統形態學與DNA 序列分析有一致性,隱含著 DNA 序列可用於分 類鑑定的訊息。
4、不同地區烏頭眉紋蟋蟀 COI DNA 序列分析結果
採集台灣各區(北、東、南)的眉紋蟋蟀,分析 COI DNA 序列,以探討眉紋蟋蟀 種內變異(目前實驗正在進行中)。就以目前的結果初步發現北部和東部的樣本中烏頭 眉紋蟋蟀的COI DNA 序列有分化的現象,差異達 0.3%,但因樣品數不夠多,需累 積更多數據資料,才可以更精確地進ㄧ步分析。
二、 聲學特徵與蟋蟀物種間的關係 1、不同蟋蟀在聲音頻率特性的比較
根據表(一)圖(十一),四種蟋蟀的頻率範圍互有重疊,但主頻率仍有差異。就烏 頭眉紋蟋蟀與白緣眉紋蟋蟀來看,主頻率特性可能是蟋蟀用以區別不同種的因素之 一。屬於不同屬的黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀,其主頻率範圍卻大致重疊,顯然要以主頻 率此單一的聲音特性來作為蟋蟀種間的區隔,是不太妥當的。若以整段頻率範圍比 較,烏頭眉紋蟋蟀與白緣眉紋蟋蟀間互有重疊部分,與黑蟋蟀及小扁頭蟋蟀區隔開 來,但黑蟋蟀與小扁頭蟋蟀在此特性中亦有相當範圍的重疊,亦顯示單以主頻率不 足以作為物種鑑定的指標。
2、不同蟋蟀在聲音時間特性的比較
以脈衝比的角度來看(表(一)圖(十二)),烏頭眉紋蟋蟀與白緣眉紋蟋蟀雖然都有 出現脈衝比為6 的唧聲,但以等級來看,實則已區分開來。而黑蟋蟀的頻率比則涵 蓋了前二者的範圍,同樣位於4~7 的範圍內,與小扁頭的 6~12 有所不同。以這個角 度看來,可能有親緣關係的趨勢。
在唧聲長方面(表(一)圖(十三)),烏頭眉紋蟋蟀、白緣眉紋蟋蟀及黑蟋蟀大多在 兩秒以上,而小扁頭蟋蟀則顯得較短促。在這裡亦顯現出前三種蟋蟀與小扁頭蟋蟀 的區別。而唧聲率方面(表(一)圖(十四))亦可以呈現出蟋蟀彼此的區別,且其變異範 圍較小,可以較明確的區分出蟋蟀種間的區別,對於種的區分應該是較理想的方式,
唯獨小扁頭與眉紋蟋蟀的聲音特性比黑蟋蟀與眉紋蟋蟀的接近,這與形態及DNA 特徵結果較不同的地方。
3、聲學特徵與蟋蟀物種的關係
根據蟋蟀聲音特徵的分析比較,發現蟋蟀的聲音與親緣遠近在各個特性中有相 關的趨勢,但並不是必然的相似,其中可以很清楚的由烏頭眉紋蟋蟀及白緣眉紋蟋 蟀的分析圖看出差異,雖然兩種同屬蟋蟀,彼此的聲音型式卻和黑蟋蟀與小扁頭蟋 蟀具有相似性,彼此間反而不同。此與傳統分類和DNA 序列的結果不盡相同,為 何會有這樣的結果?就以此點加以討論。
生物必須經過一連串的地理位置或行為的不同,使生物在交配前後有機 會產生隔離而不會雜交。大多數昆蟲都有特定的棲息地,昆蟲在不同棲地自 然無法遇到同種之異性交配產生後代;然而不同種類的昆蟲棲息在同一生態 環境中,牠可以利用某些方式,來達成種間的隔離。聲音是長期演化的結果,
就辨識種概念而言,足以充當種間隔離及種形成的機制(Otte,1992)。於是以直 翅目的蟋蟀來說,聲音是同種間重要的溝通訊息,只要聲音特性中某一部分不同,
便造成種間無法辨識,以保持種的完整性。烏頭眉紋蟋蟀及與白緣眉紋蟋蟀同屬共 域種,以聲音作為種間辨識的溝通訊息,在交配前辨識異同種,達成種間隔離。
4、聲學特徵對蟋蟀分類的重要性
以目前看來,要以蟋蟀聲音之間的區別繪製聲紋分類檢索表,需要累積更多資 料,綜合比較才能進一步探討,但蟋蟀叫聲的聲學圖依舊可以作為單一種蟋蟀的辨 別指標。蟋蟀外形、色澤有時很難辨別,單以傳統形態特徵,易滋生鑑定的困擾,
因此聲音的獨特性,可作為蟋蟀分類的重要依據,在形態特徵無法界定時,聲音分 析可以提供另一套特徵參考。
三、 交配行為模式探討
根據實驗觀察可歸納出黑蟋蟀的生殖行為模式圖(十八),雄黑蟋蟀在感覺到雌蟋 蟀前會發出振幅較大的呼喚聲,使雌蟲在遠方就能辨別方向,接近雄蟋蟀。而當雄 蟋蟀感受到雌蟋蟀之後,鳴叫聲轉變為振幅較小的求偶聲,目的是使雌蟋蟀找到確 切的位置。此後,蟋蟀每一行為步驟都有連鎖反應,其中一環節出了問題,則無法 完成生殖行為。
在雄蟋蟀對雌蟋蟀發出求偶聲之前,兩性個體間有些會有接觸,此類接觸大部 分是由彼此的觸角探觸,或者雄蟋蟀跟在雌蟋蟀兩側或後面,以觸角或身體接觸雌 蟋蟀。若雌蟋蟀沒有特別的反應,有時雄蟋蟀會發出呼喚聲。
當雄蟋蟀發出求偶聲時,初期有一大部分的雌蟋蟀不予理會。雄蟋蟀通常會持 續接近。經過一段時間後,雄蟋蟀開始有倒退動作,並以尾毛或後足胕節接觸身後 的雌蟋蟀。其中比較值得注意的地方,是雌蟋蟀在交配前必須在雄蟋蟀的正後方,
交配行為才能繼續進行,若不是如此,雄蟋蟀將不斷的走到雌蟋蟀之前,並發出求 偶聲,直到雌蟋蟀在其正後方,有時這會花許多時間。但為何非得在正後方不可,
從側面接近不行嗎?推測應該與昆蟲本身外部構造有關。六隻腳的昆蟲,僅中間軀 幹部分與地面分開,若要從身旁擠入,想必不易,而且容易有翻倒之虞。而從蟋蟀 的翅膀及外部生殖器構造來看,雄、雌蟋蟀的後翅皆長過腹部許多,如此並不適合 以尾對尾方式交配,似乎只有由前後交配較為恰當。
黑蟋蟀的交配方式是雌上雄下的下位方式,雌蟋蟀撐高身體移動至雄蟋蟀身體 的某些特定部位,此時雄蟋蟀配合倒退進入雌蟋蟀體下,將雄性生殖器官伸舉觸及 雌蟋蟀生殖器官,直到雄蟋蟀將精胞掛上雌性交尾孔。若雌蟋蟀順利到正後方,雄 蟋蟀會主動倒退鑽到其下,而其後雌蟋蟀大多保持原狀態,而由雄蟋蟀主動掛上精 胞。可以看出,蟋蟀交配的行為為雄蟋蟀主動,而雌蟋蟀只是配合而已。推測這與 雌蟋蟀的產卵管型態有關。因為雌蟋蟀的產卵管本身要產卵至土中而發展為堅硬、
細長,不便彎曲移動,其授精方式必須要由雄蟋蟀將精胞掛到雌蟋蟀的產卵管下,
在這種情形下,勢必要由雄蟋蟀主動求偶交配。而交配行為是否成功,是以雄蟋蟀 是否成功的將精胞掛上雌蟋蟀交尾孔判定。掛上精胞後,雌雄個體便分開,接下來 雄蟋蟀會進行護衛的動作。
行為學家認為護衛行為是雄蟋蟀保護精子的一種行為( Thorhill and Alcock, 1983),雄蟋蟀會將觸角放在雌蟋蟀身上,或是用後足碰觸雌蟋蟀以進行護衛。在護 衛期間有一重要的行為,那就是雌蟋蟀在交配過後對於掛在交尾孔上的精胞的處 理,精胞兼具營養及繁衍之功能,若精胞一掛上就被雌蟋蟀吃掉,就無法達到繁衍 的功能(楊,1993 )。根據觀察發現,若雌蟋蟀在一掛上精胞便曲腹想吃掉時,雄蟋蟀 會在護衛的距離內干擾雌蟋蟀使之無法吃精胞,以護衛精子。
根據研究結果,黑蟋蟀的呼喚聲、攻擊聲的振幅極大,而求偶聲的振幅較小。
推測是因為求偶時需將聲音傳遠,必須以高分貝的聲音吸引母蟋蟀;而當母蟋蟀靠 近時,改以較小聲的求偶聲,或許較能避免回音混淆方向或是避免天敵接近,確保 交配時的安全。另一方面,研究發現黑蟋蟀的呼喚聲及警戒聲大致相似,推測同一 種聲音可以兼具兩種功用,在呼喚母蟋蟀時,也同時對鄰近的蟋蟀示威。
然而,比較特別的是,在研究過程中並未觀察到黑蟋蟀有求偶結束的叫聲,不 知道是因為環境因素還是此為黑蟋蟀特性,有待進一步蒐集資料釐清。
四、 黑蟋蟀交配行為討論 1、 視覺方面
根據圖(十九)(二十)(二十一)(二十二)另一隻蟲影像、鏡中自己的影像、透明 塑膠片阻絕以及不透明塑膠片阻絕,以上四種方法分別是模擬靜止不動的同類,
會移動的同類,看得見的另一隻蟲,但中間有阻隔;看不見的另一隻蟲,且中間 有阻隔。但是,對於這四種,我們看來不一樣的干擾,蟋蟀所表現的反應都一樣
──雄蟲將干擾物視為路障,嘗試繞過去尋找雌蟲。造成此結果的原因,應是黑 蟋蟀主要活動時間在夜間,使得視覺的重要性降低,在交配行為中,“視覺”對蟋 蟀來說,並不是判斷下一步行動或另一隻蟲位置的訊號。
2、 聽覺方面
研究發現,聲音是最重要的訊號,因為不管是任何干擾實驗,雌蟋蟀沒有雄 蟋蟀的叫聲,則沒有下一步的動作,所以聽覺是蟋蟀交配所必須。叫聲代表了雄 蟋蟀的交配意願,對母蟲也是一種刺激,在沒有叫聲的情形下,即使兩蟋蟀互相 靠近,也不會有交配的行為出現。
3、 嗅覺方面
根據圖(二十三)(二十四)玻璃罩住雄蟲的實驗中,雄蟲確實是停止鳴叫,但仍 然不能確定雄蟲是被驚動而停止鳴叫,或者是喪失雌蟲氣味的原因而停止。而在 玻璃罩住雌蟲的實驗中,當雌蟋蟀靠近雄蟋蟀時,雄蟋蟀持續發出呼喚聲,並未 轉成求偶聲。因此,更能肯定,氣味是蟋蟀判定異性蟲是否在附近的重要因素。
4、 其他
另外,在實驗中發現,雌蟋蟀即使有交配意願,但仍需雄蟋蟀聲音(求偶聲)
及動作兩者同時刺激才能進行交配行為,且缺一不可。
五、 聲音干擾對於黑蟋蟀交配行為的影響
1、根據實驗結果圖(二十七)(二十八),發現與之前的行為模式圖相似,且在實驗過 程中,同時有兩隻雄蟋蟀發出聲音的情況下,雌蟲對於視線外雄蟲的呼喚聲、求 偶聲反應不明顯,而向較近的雄蟲靠近。這可能是因為除了聲音的影響外,視覺 和嗅覺也扮演重要的刺激,且只有聲音的干擾對蟋蟀生殖行為的影響不大。
2、推測在自然情況下,有許多雄蟲同時鳴叫,為了避免交配過程受到干擾,以及近 距離下視覺和嗅覺的刺激,所以雌蟲在較近的雄蟲開始發出求偶聲後,便不再對 視野外的呼喚聲和求偶聲發生反應,也可以減少浪費不必要的能量。
伍、 結論
一、 各種蟋蟀的聲音頻率範圍有重疊性,且同屬種類間的聲音型態在時間特性相差很多,顯 示蟋蟀聲音的發展以種內溝通為主。
二、 各種蟋蟀間的聲學分析圖有明顯差異,可以由此鑑定蟋蟀種類,但彼此間關係仍不足以 建立親緣分類表。
三、 以四種蟋蟀的DNA 序列分析結果而言,DNA 序列的相似程度與蟋蟀聲音的主頻率有關 聯性,但時間特性卻沒有特定關聯。
四、 傳統形態學與DNA 序列分析有一致性。
五、 聽覺為蟋蟀交配所必須,也是下一步行為的訊號;雄蟋蟀由呼喚聲轉求偶聲,應是由嗅 覺與觸覺的刺激造成;視覺對於蟋蟀來說,不是定位的重要因素。
六、 雌蟲在較近的雄蟲開始發出求偶聲後,便不再對視野外的呼喚聲和求偶聲發生反應。
陸、 未來展望
一、 進行更多其他種蟋蟀的DNA 序列分析,加以比對並以長時間的累積資料研究聲音變化 與族群間的關係。
二、 以此聲音分析及核酸序列分析進一步探討相似種或種內聲音的分化特性,特別是烏頭眉 紋蟋蟀及白緣眉紋蟋蟀兩種物種的各地族群。
三、 將已錄製的聲音檔案修改剪接,如:增加脈衝比、增加唧聲長等,對雌蟋蟀播放,藉以 觀察雌蟋蟀的反應,了解蟋蟀對於同種聲音辨別的機制。
四、 確立研究方式,將實驗流程擴大到鳴蟲類的生態行為觀察及物種鑑定。
柒、 參考資料及其他
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