生科大驚奇~!!!: 2016

2016年1月17日星期日

種間辨識：螢光魚是否能被野生型斑馬魚視為同種？

議題背景

本研究在探討視覺訊息(visual signal)在種間辨識(species reognition)中所扮演的角色。種間辨識意旨物種在辨識同種及與自身種類擁有相近特徵之物種。

由於斑馬魚是一個外在性狀高度變異的群集(community)，常被提出並討論視覺訊息對斑馬魚在種間辨識的影響，且斑馬魚取得方便、飼養容易、胚胎發育快速、可控制交配條件且交配行為易觀察，因此我們能藉由野生型斑馬魚與螢光魚之間的互動，來推斷視覺在種間辨識中所扮演的腳色。

視覺訊息作用於種間辨識的範例─馬拉威湖的慈鯛

馬拉威湖的慈鯛在過去一百萬年來，從一個共同祖先，演化出了超過500種的慈鯛，這些慈鯛具有複雜的體色多樣性，而體色是一個影響慈鯛種內擇偶的重要因素。雄性慈鯛的顏色影響雌性慈鯛伴侶的選擇和種間辨識，P. callainos、P. lombardoi、P. zebra“gold”和P. zebra“red dorsal”四種慈鯛的雌性都偏愛與自己同種的雄性慈鯛交配，在文獻中提及，就算沒有與自己同種的慈鯛存在，雄性慈鯛依舊會選擇與自己體色最相近的慈鯛交配，由此可知視覺訊息對於種間辨識而言扮演了一個很重要的腳色。

不同文獻的觀點

Snekser et al.(2006)提出的觀點─偏好與群體組成條件有關

Ø 將相同性別的野生型斑馬魚和基因轉殖型斑馬魚放置於同一魚缸，
兩者皆偏好與相似的表型群聚。

Ø 在不同性別的選擇上則是兩者皆偏好螢光色的個體群聚。

Owen et al.(2012)提出的觀點─僅提出斑馬魚偏好紅色

Ø 野生型斑馬魚能透過視覺訊息，辨識出來自於紅色螢光魚的紅光，
並偏好與之交配。

Ø 較鮮艷的顏色能增加交配的機率。

Ø 對飼料顏色的偏好(紅色)影響對伴侶的偏好。

Ø 由於雄性斑馬魚祖先體色偏向紅色，固雌性偏愛與紅色的雄性交配。

實驗設計

配對實驗─檢視體色是否會影響魚隻的配對

1.將實驗用的魚隻(包含雄雌魚)放入裝有黑色隔板的繁殖盒。

2.放置暗室，使魚隻於實驗時能受到光刺激。

3.抽離隔板，觀察魚隻互動並記錄。

偏好實驗─檢視魚隻對異性體色的偏好(♀對♂)

1.將雌魚放置於中央區域，雄魚放置於兩側魚缸，等待5分鐘使其適應環境。

2.同時將4片黑色隔板抽離。

3.持續觀察魚隻的互動10分鐘。

4.將雄魚互換位置再做一次實驗。

實驗材料

配對實驗

Ø 生物材料：實驗魚隻、蘚苔

Ø 硬體材料：黑色隔板、5w LED燈具、廢紙箱(遮光用途)、

18.5×17.5×35 魚缸(長×寬×高，單位：cm)

Ø 紀錄器材：SONY HDR-PJ760v、SONY 腳架

偏好實驗

Ø 生物材料：實驗魚隻

Ø 硬體材料：30×15×24 魚缸(長×寬×高，單位：cm) ×3

黑色隔板各尺寸×6、15×15 浪板(單位：公分) ×4

14w T5燈具(白)

Ø 紀錄器材：SONY HDR-PJ760v、SONY 腳架

現象分析與推測

配對實驗

現象一:追尾

費洛蒙對生物間的訊息傳遞十分重要，且會影響主導地位、個體辨識、求偶、交配行為。(Gerlach ,2006) 雄性的求偶行為會被雌性散發出的費洛蒙觸發。(Spence et al., 2008)

現象二：不排卵

雌性彼此的費洛蒙會抑制對方排卵，若配對前四天與其他雌性飼養於同一空間，其所產生的有效卵之卵量會明顯減少。(Gerlach ,2006)雄性散發出的費洛蒙會使雌性的有效卵量提升、使卵的品質提升，且會刺激雌性排卵。(Spence et al., 2008)；為了確保實驗前魚隻皆無交配經驗，我們將斑馬魚、螢光魚雌雄分開養殖，由上述文獻資料推測實驗的結果之所以沒有排卵(預期結果)，可能與費洛蒙有關。

偏好實驗

在Graber et al.(2015)中提及1.交配時偏好稀有表型，在演化上可促進表型的遺傳多樣性。2.罕見表型的雄性相較多數表型的雄性擁有實質的生殖優勢。3.雌性在選擇交配對象會偏向稀有表型的雄性。預期結果應該是野生型雌魚偏好螢光型雄魚，但此實驗的統計結果卻為野生型雌魚偏好野生型雄魚，此結果與預期的不符。

雌斑馬魚偏好與同性共游。 (Etinger et al.,2009)，將相同性別的野生型斑馬魚和基因轉殖型斑馬魚放置於同一魚缸，兩者皆偏好與相似的表型群聚。(Snekser et al.,2005)，在不同性別的選擇上則是兩者皆偏好螢光色的個體群。(Snekser et al.,2005)，藉由文獻推測實驗結果之所以偏好野生型，可能是因為實驗材料中的野生型雌魚無法靠視覺分辨對方性別，因而偏好與其同樣表型的魚隻。

引用文獻：

Vanessa C. K. Couldridge and Graham J. Alexander. 2002. Color pattern and species recognition in four closely related species ofLake Malawi cichlid. Behavioral Ecology, 13(1):59-64.

Jennifer L. Snekser, Scott P. McRobert, Caleb E. Murphy & Ethan D. Clotfelter. 2005. Aggregation Behavior in Wildtype andTransgenic Zebrafish. Ethology , 112: 1-7

M. Aaron Owen , Karl Rohrer, Richard D. Howard. 2012. Mate choice for a novel male phenotype in zebrafish, Danio rerio. Animal Behaviour, 83(3):811-820

Gabriele Gerlach. 2006. Pheromonal regulation ofreproductive success in female zebrafish: female suppression and maleenhancement. Animal Behaviour , 72(5):1119-1124.

Rowena Spence, Gabriele Gerlach, Christian Lawrence, Carl Smith. 2008. The behaviour and ecology of thezebrafish, Danio rerio. Biological Reviews, 83(1) :13-34

Robin E. Graber, Madhavi Senagolage, Elizabeth Ross, Anne E. Houde and Kimberly A. Hughes. 2015. Mate Preference for NovelPhenotypes: A Fresh Face Matters. Ethology, 121(1):17-25

2016年1月16日星期六

2015普生實驗專題報告---參考文獻與其中的差異

群泳行為(shoaling behavior)

魚類比起個體行動，群體更在自然環境中擁有優勢。像是增加發現天敵的範圍，防止受到攻擊；提高覓食上的優勢，個體越多越容易發現食物來源；形成群體就能減少個體受天敵攻擊的機率，並且使天敵增加對單一個體攻擊的難度。這樣的社會性行為稱之為群泳行為。(Bradner and Mcrobert, 1998; Snekser et al., 2006)

Bluefin Tuna Thunnus Thynnus(photo: Norbert Wu)

群泳行為也能作為種間辨識的一個證據:一般來說，魚類偏好與自己同種的生物群泳。如果一個個體在魚群中外觀太過突出，就容易被天敵鎖定，這也可以解釋為什麽魚類通常會與自己相似表型的生物群泳。(Krause et al., 2000; Snekser et al., 2006)

主要的兩篇文獻：

1.Snekser, J.L. et al. (2006)：使用野生型和紅色基因轉殖型(red fluorescent protein)斑馬魚兩種品系進行群泳實驗和擇偶實驗。

群泳實驗：實驗對象有野生型雄魚、野生型雌魚、RFP型雄魚和RFP型雌魚四種

無論是野生型還是RFP型斑馬魚，在相同性別情況下，選擇與何種外觀的魚群群泳時，都沒有表現出對自己或對方表型群泳的明顯偏好。

擇偶實驗Ⅰ：實驗對象有野生型雄魚、野生型雌魚兩種

無論是野生型雄性還是雌性斑馬魚，在不同性別情況下，選擇與何種外觀的魚群交配時，略微偏好與RFP型斑馬魚交配，但並不明顯。

擇偶實驗Ⅱ（擇偶實驗Ⅰ修改實驗器材與魚隻的使用增加實驗可信度）：實驗對象有野生型雄魚、野生型雌魚、RFP型雄魚和RFP型雌魚四種

無論是野生型雄性還是雌性斑馬魚依舊略微偏好與RFP型斑馬魚交配；然而RFP型雌性斑馬魚偏好與RFP型雄性斑馬魚交配，而RFP型雄性斑馬魚偏好與野生型雌性斑馬魚交配，四種實驗結果也無明顯差距。

實驗結果認為：全身身體的著色對於斑馬魚在選擇群泳對象時，影響的效果並不顯著。因此最後進行了以斑紋作為變因的群泳實驗，檢驗斑紋對斑馬魚的群泳偏好，其結果野生型斑馬魚比起缺乏斑紋的斑馬魚，更偏好與具有斑紋圖案的斑馬魚群泳，指出斑紋可能才是影響斑馬魚群泳偏好的重要因素。

2.Owen, M.A. et al. (2012)：使用野生型和紅色基因轉殖型(red fluorescent protein)斑馬魚兩種品系進行擇偶實驗，主要使用雌魚作為實驗對象。

一對一擇偶實驗(One-male Mating Tests)：實驗魚隻有RFP型雌性斑馬魚、RFP型雄魚或野生型雄魚其中一隻
RFP型雌魚在遇見RFP型雄魚或野生型雄魚後交配的時間、交配的次數並沒有特別明顯的差別，甚至兩種雄魚追尾所記錄的時間也沒有太大的差別。

一對二擇偶實驗(Two-male Mating Tests)：實驗魚隻有RFP型雌魚、RFP型雄魚和野生型雄魚三隻
野生型雌魚選擇RFP型雄魚的樣本數量和選擇的時間較野生型雄魚的樣本數量和選擇的時間多且長，具有十分顯著的差異。

實驗結果認為：影響一對一擇偶實驗的因素在於雄魚花多少的時間進行追尾，與身體顏色較無相關，花越多時間進行追尾動作的雄魚越能獲得與雌魚交配成功的機會。而大部分的野生型雌魚都偏好與RFP型雄魚交配，但是不排除群泳偏好還有雌性對雄性敏銳度高低的可能。

兩篇文獻上的差異：

1.實驗檢測的目的：Snekser et al. (2006)檢測群泳偏好，而Owen et al. (2012)檢測擇偶偏好。

2.進行實驗的時間：Owen et al. (2012)實驗進行在早上(模擬凌晨)，因為交配行為發生在早上照明後會馬上發生，並且Owen et al. (2012)在下午進行實驗時也與Snekser et al. (2006)具有相同的結果：野生型雌魚對於野生型雄魚和螢光魚雄魚都沒有明顯的交配偏好。(Spence, R. et al., 2006b)

3.實驗結果：Snekser et al. (2006)認為紅色的螢光魚對於斑馬魚的群泳偏好沒有明顯的影響，而Owen et al. (2012)則認為野生型雌性斑馬魚偏好與螢光魚雄性交配。

兩者文獻都考慮過其他因素：身體大小(Pyron, 2003)、條紋圖案(McCann, et al., 1971)、魚鰭長度(Kitevski, and Pyron, 2003)......等。於是我們認為與何種表型的斑馬魚群泳並不代表一定會對其有交配偏好，兩者並沒有絕對的關聯，而實驗的時間和其他原因(我們認為可能也有費洛蒙有關)才是真正影響的因素

其他文獻：

1.Robinson et al. (1993)指出斑馬魚具有四種視錐細胞，能夠吸收紅光、綠光、藍光和紫外光的波長。

2.Brockerhoff et al. (1997)提出斑馬魚會對紅色燈光的移動具有反應，眼球有尋找跟掃視的運動。

3.Matz et al. (1999)指出基因轉殖型斑馬魚中的RFP的發光光譜是550–675 nm。

4.Takechi and Kawamura. (2005)提出斑馬魚具有兩種不同的紅光視蛋白的感光色素，一個對於558 nm的紅光最為敏感，另一個對於548 nm的光最為敏感，因此假設斑馬魚是能偵測到紅色螢光魚所反射出的紅光的。(Snekser et al., 2006)

引用文獻:

Bradner, J. and S.P. Mcrobert. 1998. The influence of body coloration on shoaling preferences in fish. Animal Behaviour 56: 611-615

Brockerhoff, S. E. et al. 1997. A new form of inherited red-blindness identifiedin zebrafish. The Journal of neuroscience 17: 4236-4242

Kitevski, B. and M. Pyron. 2003. Female Zebrafish (Danio rerio) Do Not Prefer Mutant Longfin Males. Journal of Freshwater Ecology 18(3): 501-502

Krause, J. et al. 2000. The social organization of fish shoals: a test ofthe predictive power of laboratory experimentsfor the field. Biological Reviews 75: 477-501

Matz, M. V. et al. 1999. Fluorescent proteins from nonbioluminescentAnthozoa species. Nature Biotechnology 17: 969-973

McCann, L. I. et al. 1971. Theeffects of body size and body markings on nonpolarizedschooling behavior of zebrafish (Brachydanio rerio). The Journal of Psychology 79: 71-75

Owen, M.A. et al. 2012. Mate choice for a novel male phenotype in zebrafish, Danio rerio. Animal Behaviour 83: 811-820

Pyron, M. 2003. Female preferences and male–male interactions inzebrafish (Danio rerio). Canadian Journal of Zoology 81: 122-125

Robinson, J. et al. 1993. Zebrafish ultraviolet visual pigment:absorption spectrum, sequence, and localization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 90(13): 6009-6012

Snekser, J.L. et al. 2006. Aggregation Behavior in Wildtype and Transgenic Zebrafish. Ethology 112: 1-7

Spence, R. et al. 2006b. The distribution and habitat preferences of the zebrafishin Bangladesh. Journal of Fish Biology (2006) 69, 1435-1448

Takechi, M. and S. Kawamura. 2005. Temporal and spatialchanges in the expression pattern of multiple red andgreen subtype opsin genes during zebrafish development. Journal of Experimental Biology 208: 1337-1345

期末脊椎動物觀察實驗：製作過程流程

標本師の餐桌：骨骼標本製作流程分享

期末的最後一個作業是脊椎動物觀察，跟以往大家對生科系印象不同的是‧‧‧普生實驗課堂的指導教授不希望我們使用活體動物做觀察解剖實驗，反而要求我們要對「食物」出手，像是田雞料理、田屬料理或是全雞大餐，並且要再觀察完(食用完)後講骨骼收集起來清理並且重新拼組成能展示的標本(教授也順便讓我們思考：「要是骨骼不完整該怎麼辦呢？」「我們該如何在部落格呈現一個不完整的骨骼標本？」「恐龍化石在被挖掘出土後也有許多是不完整的，科學家如何應付此種狀況？」)，標新立異的教學模式我們當然覺得很新鮮，但是我們心中有一個疑問‧‧‧‧‧‧真的做得到嗎？

國小在自然教室上課的時候總是會發現教室四周擺這很多動物的骨骼標本(至少雞跟蛙一定有)，那大家會好奇那是如何製作的嗎？

(以下分享流程的方式為圖與文字並行，由於製作過程忙碌與倉促，並沒有留下完整的影像紀錄，會盡量用為完整的文字敘述流程)

圖一

(圖一)2016/01/09宿舍獵來了一支碳烤土雞，刻意跟老闆要求要留住頭部與爪部，在牠被肢解前所有獵食者們約法三章要留住所有骨頭，吃完一部分要按照原本的位置排好，肉能吃乾淨就要吃得非常乾淨，接下來，烤雞在發抖了~

圖二

(圖二)這是獵食者們努力一個半小時後的結果，感覺像是路邊死掉的野鳥慢慢腐化後的結果‧‧‧吃得那麼久也真是苦了他們，烤雞的油真的是不容小覷。

由圖二可以發現大部分都是我們熟悉的骨骼，但是大家有沒有注意到中間有一大陀不知道是什麼東西，那是許多脆弱骨骼的所在之處(肩胛骨、肋骨、脊椎‧‧‧等)，由於害怕骨頭有所損傷，獵食者們不敢輕舉妄動，就乾脆放著等清潔大隊來處理啦~

圖三

(圖三)經過約兩三種方法的嘗試(用洗碗精除油、牙刷清碎肉及軟骨‧‧‧等)，我們知道了一件事：「別猶豫了！50%雙氧水直接上吧！」。

左下方報紙上的是處理過後的四肢骨骼，後方粉紅色塑膠袋上的則是上一段提到很脆弱及複雜的部分，在噴過雙氧水之後能發現該部位明顯變白了，此時雞爪已經準備待命要拼組了，而最複雜的翅端、頸部、頭部及胸腹部後來被我們拿去浸泡在約30%的雙氧水中，改使用30%的原因是擔心使用50%的話硬骨提早外露的部分會被腐蝕到，而殘肉比較厚又多的部分卻還沒清完。