白蟻大顎彈動時速475km/h 刷新動物運動速度紀錄

記者林重鎣/台中報導 2020-06-20 07:00

興大研究團隊。林重鎣翻攝

國立中興大學昆蟲系與物理系的跨領域團隊透過超高速攝影機與鋼球打擊試驗, 證實新渡戶歪白蟻兵蟻的大顎彈動速度可高達每秒132公尺, 相當於475km/h,比高鐵行駛速度更快, 打破目前已知所有動物的運動極速。在此之前的紀錄保持者是螞蟻, 夾合彈動大顎時的速度是每秒111公尺, 此重大突破是台灣生物力學研究的重要里程碑, 研究全文刊登在知名國際期刊「科學報告」。


新渡戶歪白蟻棲息於土壤中,以有機質為食,主要的天敵是螞蟻, 白蟻兵蟻的左大顎強烈扭曲, 近百年來有許多生物學家都推測這個特殊的大顎形態能產生快速的彈 力運動,但由於運動速度太快,肉眼無法觀察, 即使以每秒能拍攝一千張照片的高速攝影機都無法捕捉到完整的彈動 行為。研究團隊為了突破經費侷限,先透過讓白蟻擊打鋼珠, 運用力學原理來估計運動速度,最後臨門一腳, 商借到一台能拍攝每秒100萬張影像的超高速攝影機, 終於證實白蟻彈動大顎的行為僅在1/50000秒內完成, 一舉將動物運動極速推進每秒21公尺。 兵蟻的高速大顎彈動行為應是用以抵禦螞蟻捕食。 兵蟻會用右大顎按壓左大顎使其彎折, 再向下滑開讓左大顎高速彈出。 根據該團隊測試歪白蟻跟螞蟻實際打鬥的結果, 歪白蟻兵蟻彈擊能對部分螞蟻物種產生致命性的傷害。 被擊中的螞蟻可能落得身首異處的下場。


過往白蟻生物學的研究重鎮是歐洲、美國與日本,然而白蟻多樣性最豐富的地區是熱帶與亞熱帶,因此,即便歪白蟻大顎的特殊形態令生物學家著迷,但因歪白蟻很難在室內存活,再加上檢疫考量,無法從熱帶運送到溫帶國家,所以歪白蟻兵蟻如何讓大顎彈動一直是生物力學的謎團。 台灣有兩種原生的歪白蟻物種可供研究,佔有地利之便,本研究的兩位共同第一作者關貫之與邱俊禕都是在大學時期就開始接 觸白蟻生物學,關貫之在大二的普通物理學課堂中以新渡戶歪白蟻的生物力學為題進 行期末專題報告,引起授課老師紀凱容教授的興趣, 進而指導科技部大專學生研究計畫,開始長達5年的研究,期間物理系施明智教授與昆蟲系李後鋒教授分別在力學運算與白蟻生物學背景知識上給予全力的支持。


此次重要突破, 要感謝新廣鈦公司無償借用超高速攝影機,讓台灣的研究能在世界舞台上展露頭角。 研究團隊希望能籌募研究經費, 長期租借或購置設備,進而更仔細研究白蟻大顎的形變過程與材料結構,讓台灣在生物高速運動研究上保有領先的優勢。


 

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