高砂鋸鍬形蟲干擾交配權之策略探究

專題名稱 高砂鋸鍬形蟲干擾交配權之策略探究

專題描述 研究動機
去年,我們發現高砂鋸鍬形蟲交配時展現了豐富又多元的溝通方式。例如,交配過程,雄蟲與雌蟲先互相對望,接著透過震動觸鬚的方式,互相傳遞訊息。爾後雄蟲以首尾相反的方向爬上雌蟲,使用觸鬚輕刷雌蟲背板,再用小顎鬚輕點雌蟲的腹部背板,最後轉身完成交配。這個過程讓我們發現,儘管是鍬形蟲,仍有它們慣用的溝通方式。這讓我們進一步了解,雄蟲與雌蟲進行交配的過程,會不會出現干擾者,假如有干擾的狀況出現,雄蟲與雌蟲用以干擾交配的策略是否會一樣呢?
為了解答這一系列的問題,我們組隊邀請老師指導,期望透過用心、專注的觀察後,能夠獲得解答。
研究目的
1. 了解高砂鋸鍬形蟲雄蟲干擾交配權的策略,並探討干擾成功率。
2. 了解高砂鋸鍬形蟲雌蟲干擾交配權的策略,並探討干擾成功率。
3. 比較與分析雄蟲與雌蟲干擾交配權的策略與成功率,並分析其中的原因。

隊伍名稱 蟲蟲隊

指導老師 林麗萍 

參賽學生 周承儒 張沛勻  

序號檔案內容上傳者
10作者 唐立正
來源 國立中心大學昆蟲學系
描述 昆蟲標本的製作保存
我們喜歡鍬形蟲,多方面學習鍬形蟲的知識,本資料除了提供我們鍬形蟲的知識之外,也教我們標本的製作以及保存技巧,是很實用的文章喔!
張沛勻
9作者 薛堯勵
來源 國立台南第一高級中學─蟲魂之窗─昆蟲的單眼與複眼
描述 裡面的內容包括了:
一、昆蟲眼睛的種類與結構
二、昆蟲眼中的世界
三、各種昆蟲眼睛的差異性與其原因
它讓我們聯想到我們的研究是否也用到了眼睛呢!!
張沛勻
8作者 周裕欽
來源 國語日報原版知識庫-惡勢力--雄蟲地盤爭奪戰
描述 高砂鋸鍬形蟲雄蟲爭奪地盤體型大小是重要的關鍵因素。大型雄蟲在總數12次的打鬥過程中,取得10次的勝利,以83%的高勝機率佔有地盤;中型雄蟲也有17%的搶佔地盤機會;小型雄蟲則皆呈現逃離打鬥現場的現象。大型個體的高砂鋸鍬形蟲雄蟲較具有打鬥優勢。
周承儒
7作者 太魯閣國家公園管理處
來源 內政部營建署太魯閣國家公園管理處八十二年度研究報告
描述 本篇描述太魯閣的高山地區的昆蟲資源調查,記錄各種山區的昆蟲種類
周承儒
6作者 私立東海大學生命科學系
來源 內政部營建署陽明山國家公園委託研究報告
描述 雖然是以陽明山的大屯姬深山鍬形蟲來做研究,但還是能幫助我們更了解高砂鋸鍬形蟲,或許高砂鋸鍬形蟲也是這樣,說不定也跟其他種鋸鍬形蟲有血緣關係。
周承儒
5作者 林昱亨
來源 中學生喜論文研究網站:蟲言蟲語──昆蟲語言之研究
描述 這是台中一中學生研究昆蟲語言的小論文研究報告,文中作者認為各種昆蟲都有其特殊的溝通語言,表達方法也是五花八門,越是深入了解就越是驚歎不已!作者們透過探討,了解到小小的昆蟲也會使用他們獨有的語言進行溝通,透過正確的溝通方式,找尋食物、配偶、居所甚至是避敵。對照人類,顯得人類所引以為傲的語言能力似乎沒有那麼特別!這使我們反思,我們人類與各式各種生命共生存的方式與態度。
林麗萍
4作者 陳家鐘,陳雲貞
來源 科學發展 2009年12月,444期
描述 認識昆蟲的無形溝通橋樑-費洛蒙,以及費洛蒙在農業的應用。
張沛勻
3作者 周裕欽
來源 國語日報原版知識庫-高砂鋸雄蟲打鬥招式大公開
描述 本篇在描述高砂鋸鍬形蟲雄蟲間的打鬥模式,一共可以分成插、夾、舉、拋摔四個步驟。
林麗萍
2作者 周裕欽
來源 國語日報原版知識庫--感覺對了嗎?高砂鋸鍬形蟲的溝通策略
描述 本篇在描述高砂鋸鍬形蟲打鬥以及交配時的溝通,會使用到的器官有:觸鬚、小顎鬚、口器、頭部背板、腹部背板和腹部尾端來進行溝通。
林麗萍
1作者 關哲昀
來源 東海大學生命科學系碩士論文
描述 本篇提到雞冠細身赤鍬形蟲雄性競爭模式
張沛勻

序號封面照內容說明上傳者
15類別 youtube影片
名稱 影片:干擾交配權(一雄二雌)
說明
雌蟲2(第二隻雌蟲)正壓低身體靠近交配的對蟲,要鑽到雄蟲下方爭取交配權。
周承儒
14類別 youtube影片
名稱 影片:干擾交配權(二雄一雌)
說明
說明:雄蟲2(第二隻雄蟲)用以干擾交配權的策略包括「快速震動觸鬚」、「伸吐口器」等訊號溝通方式,以及透過「衝、夾、舉、拋、摔」等實際接觸的戰鬥策略。
周承儒
13類別 youtube影片
名稱 高砂鋸鍬形蟲交配過程-觸刷顎點
說明
說明:交配過程中雄蟲會以小顎鬚輕點雌蟲腹尾背板。高砂鋸交配時會溝通,雄蟲與雌蟲展現不同的溝通行為。雄蟲透過觸鬚、小顎鬚及腹部尾端主動向雌蟲傳遞訊息;而雌蟲則以觸鬚、頭部背板、腹部背板被動接收訊息,隨後完成交配。
周承儒
12類別 相簿集
名稱 編號表
說明
我們為自行飼育的高砂鋸鍬形蟲進行體長、寬與體重的測量,並依公,母蟲進行編號。
張沛勻
11類別 相簿集
名稱 雄蟲爭奪交配權
說明
這是高砂鋸鍬形蟲雄蟲爭奪交配權的照片,雄蟲會想辦法接近在交配中的對蟲,與交配中的雄蟲進行打鬥,爭奪與雌蟲交配的機會。
周承儒
10類別 相簿集
名稱 高砂鋸鍬形蟲公蟲的觸鬚觀察
說明
我們觀察了高砂鋸鍬形蟲的觸鬚中段以及觸鬚前端,觀察這兩個部位的不同。
周承儒
9類別 相簿集
名稱 高砂鋸鍬形蟲交配
說明
觀察高砂鋸鍬形蟲交配
周承儒
8類別 相簿集
名稱 高砂鋸標本
說明
收藏的高砂鋸鍬形蟲標本
周承儒
7類別 相簿集
名稱 交配干擾模式
說明
高砂鋸鍬形蟲雄,雌蟲都會干擾交配的進行。我們透過繪圖描述其干擾交配的模式。
張沛勻
6類別 相簿集
名稱 高砂鋸鍬形蟲的交配模式
說明
高砂鋸鍬形蟲的交配模式可分為兩種:
模式一:觸動,觸刷顎點,觸動輕拍及交配
模式二:觸動,觸動輕拍及交配
張沛勻
5類別 相簿集
名稱 高砂鋸打鬥
說明
雄性的高砂鋸鍬形蟲非常兇猛喜愛打鬥
周承儒
4類別 相簿集
名稱 飼育高砂鋸
說明
自行飼育的大型高砂鋸鍬形蟲,61.4mm
經過多次累代之後,養出最大的一隻高砂鋸鍬形蟲
周承儒
3類別 相簿集
名稱 雌蟲爭奪交配權
說明
這是高砂鋸鍬形蟲雌蟲爭奪交配權的照片,雌蟲會想辦法接近在交配中的對蟲,干擾交配中的雌蟲,爭奪與雄蟲交配的機會。
周承儒
2類別 相簿集
名稱 高砂鋸鍬形蟲的生命歷程
說明
高砂鋸屬於完全變態的昆蟲,會在一年內完成卵,幼蟲,蛹及成蟲四個階段。
張沛勻
1類別 相簿集
名稱 高砂鋸鍬形蟲雄蟲身體結構
說明
透過畫圖能更加了解高砂鋸的身體結構。
張沛勻

序號內容上傳者
10作者 周承儒
標題 分析觀察實驗的影片
內容
今天我們觀察了公母蟲交配中的影片,我發現公蟲會用觸鬚拍打母蟲腹部和有規律的輕刷母蟲背板,所以我們以後可以去計算公蟲的拍打規律,或許也可以去觀察母蟲會用什麼方式來吸引公蟲,讓公蟲找到母蟲的位置,讓他們順利進交配。

周承儒
9作者 周承儒
標題 高砂鋸的愛情話
內容
你們認為高砂鋸鍬形蟲會說話嗎?那高砂鋸鍬形蟲會說情話嗎?我覺得是會的,一定會的。
要是高砂鋸鍬形蟲不會說情話,那為什麼他們在交配時,還是會有一個階段是用觸鬚碰觸母蟲的身體,而且人類在溝通時,也是需要用到嘴巴溝通的,所以每一種生物在求偶與交配時,都是需要用到自己可以傳達訊息的器官來發射求偶訊號的。高砂鋸鍬形蟲在求偶時,也會有一段時間用腹部尾端來母蟲頭部,這也應該是雄蟲求偶的另一種方式。
以上的這幾個證據,你認為高砂鋸鍬形蟲到底會不會說情話呢?

周承儒
8作者 周承儒
標題 觀察公蟲觸鬚
內容
今天將公蟲的觸鬚剪下來,並且放入顯微鏡觀察,它很薄,放在顯微鏡下,形狀非常特別,有一個個圓形的物質,實在很難看出他是什麼!但還是將它細細的描繪出來,即使看不出自己在畫什麼,不過我還是覺得十分好玩!物鏡放大倍數越大,呈現的東西就越大,但呈現的範圍就變小了。我實在很好奇,為什麼公蟲與母蟲在交配前,公蟲的觸鬚會不停的震動呢?是散發氣味還是發出聲音,只是我們聞不到、聽不到而已?還是有可能是公蟲震動幾次代表什麼意思?心中的疑問還是不停的冒出來。

周承儒
7作者 張沛勻
標題 高砂鋸鍬形蟲母蟲背板肉眼與顯微鏡觀察
內容
今天是要觀察母蟲背板,希望能找到有關她們溝通時的一些線索,放進顯微鏡下觀察時,表面有許多看似一個一個洞洞的物質「⊙」,顏色也不大相同,放大形狀好像隻鴨子!可看到細細的小毛,不怎麼明顯。不過我還是看不太出我們所畫的東西。我猜想雄蟲在與雌蟲溝通時,可能觸鬚上的細毛有碰到雌蟲,我希望能夠再看一次交配時溝通的影片,然後再對照我們所畫的。我猜想,如果我們把雌蟲的觸鬚也裁切下來呢?會不會也有細毛呢?如果也有,那是不是代表雄蟲與雌蟲的觸鬚擺動時所傳的訊號呢?

張沛勻
6作者 張沛勻
標題 母蟲觸鬚,小顎鬚及背板切片
內容
今天是繼續觀察母蟲觸鬚,小顎鬚及背板切片。
觸鬚前緣:依然有看見小圈圈(⊙)
小顎鬚:也有看見黑色的圈圈(⊙)
即使用了這麼多次的的顯微鏡,想要每次都調到最佳觀察角度和位置還是有些難度,也常常會覺得很挫折,但是卻也成了股更努力的動力,不過在這樣一次又一次的失敗、學習,失敗、學習之後,真的可以感受到自己的進步,所以一定要再更認真才行!

張沛勻
5作者 張沛勻
標題 高砂鋸鍬形蟲的細胞
內容
今天我們把重點放置在「高砂鋸鍬形蟲的細胞」上面。
從討論步驟到執行任務,效率都有提高一些,但是一定要特別注意,在切片時底下要放置切割墊,標本究竟觀察了哪一面要弄清楚。再來,蓋上蓋玻片的動作不要太大或太快,否則裡面的泡泡會影響觀察。
然後,我們發現:
公蟲的觸鬚細胞:體型小,密集且數量多。
母蟲的背板細胞:體型相對較大,分散且數量不多。

張沛勻
4作者 張沛勻
標題 高砂鋸鍬形蟲的溝通跟感覺
內容
昆蟲會溝通跟感覺,高砂鋸鍬形蟲也不例外。
我們用眼睛觀察,發現牠們確實有出現溝通的行為,其中包括雄蟲的觸鬚不停的振動,有規律的刷過雌蟲背板,拍打其腹部並用交尾器觸碰雌蟲。
觸鬚是高砂鋸鍬形蟲的溝通跟感覺器官,但是一定還需要其他的器官來輔佐,那究竟是哪些器官呢?這就需要進一步的思考及驗證了!

張沛勻
3作者 張沛勻
標題 雄、雌蟲干擾交配策略
內容
高砂鋸鍬形蟲雄蟲跟雌蟲都會干擾交配!
但是雄蟲會採取正面的攻擊,雌蟲則會先宣戰,再迂迴爬行排擠正在交配的雌蟲。
策略的不同可能原因應該是雄蟲和雄蟲可以進行正面交戰,但是雌蟲無法對雄蟲進行攻擊,如此一來造就了牠們這樣偷偷摸摸、鬼鬼祟祟的干擾計畫。
我覺得這真的很有趣,高砂鋸鍬形蟲為了應變各種狀況而產生的動作行為實在是花樣百出!

張沛勻
2作者 周承儒
標題 公母蟲觸鬚觀察
內容
今天我們觀察了高砂鋸鍬形蟲公、母蟲的觸鬚,我們切了兩種標本,一種是橫切面,一種是縱切面。
一開始我們觀察縱切面,發現高砂鋸鍬形蟲的觸鬚是橘色的,有許多透明的細毛,那會不會就是他們發射、接收訊息的主要器官呢?以後還值得我們繼續探討,橫切面的部份,我們發現在800(20x40)倍的倍率下觀察,是呈現出圓圈形的,圓圈又有分外圈和內圈,外圈上有小黑點,顏色是橘色和咖啡色,內圈中有許多半透明的線條,顏色是黃色和白色。

周承儒
1作者 周承儒
標題 高砂鋸鍬形的交配模式探討
內容
今天我們討論了高砂鋸鍬形蟲的交配過程,第一種過程一共可以分成四個階段,階段一,雄蟲和雌蟲交配以前,會先用觸鬚及小顎鬚進行溝通,階段二,雄蟲會爬到雌蟲身體上方,頭尾方向相反,用觸鬚及小顎鬚輕刷雌蟲的腹部背板,階段三,雄蟲身體轉向,用觸鬚、小顎鬚以及腹部尾端輕刷雌蟲的頭部背板和腹部背板,接著進行交配。第二種過程一共可以分成三個階段,與上面的第一種過程差不多,只是少了雄蟲與雌蟲首尾相反的步驟,而直接是雄蟲與雌蟲用觸鬚及小顎鬚溝通,接著雄蟲爬到雌蟲身體上方,首尾方向相同,用觸鬚及小顎鬚和腹部尾端輕刷雌蟲的頭部背板和腹部背板,接著就進行交配。我們推測階段一會比階段二多一個首尾相反,用觸鬚、小顎鬚輕刷雌蟲背板的原因是因為雌蟲的交配意願不高,雄蟲又想和雌蟲交配,因此多了這個步驟,讓雌蟲的交配意願提高,讓雄蟲能夠順利的進行交配。

周承儒

序號封面簡介(摘要)上傳者
5書名 自然觀察圖鑑4─台灣鍬形蟲
作者 李惠永
出版社 親親文化事業出版
簡介(摘要)
蒐集臺灣的鍬形蟲種類,是一本內容完整的圖鑑。讓大家從正面、側面、腹面觀察鍬形蟲,各種特寫畫面的呈現,忠實記錄鍬形蟲的特徵。
導讀
這本書介紹了臺灣各種鍬形蟲的形態特徵,可以從目錄挑選想要了解的鍬形蟲種類來進行閱讀。
張沛勻
4書名 臺灣昆蟲記
作者 廖智安
出版社 天下文化
簡介(摘要)
1.介紹臺灣各種昆蟲
2.提供臺灣各種昆蟲標本照片以及習性

導讀
分成許多種主題,可以從目錄挑選要閱讀的主題。
周承儒
3書名 沉醉兜鍬
作者 賴廷奇
出版社 臺北市,賴廷奇
簡介(摘要)
介紹許多鍬形蟲的飼育方法和相關知識
導讀
本篇一共分成許多章節,可以從目錄挑選想要閱讀的篇章來進行閱讀。
周承儒
2書名 圖解昆蟲學-感覺對了沒?
作者 盧耽
出版社 商周出版社
簡介(摘要)
布滿昆蟲全身的「感覺器」(sensilla),可收集外界訊息"接受各種刺激、分辨環境的細微變化,從尋找食物、躲避天敵、適應溫溼度、季節變化到求偶交配等等。本篇將會詳細介紹昆蟲的各種感覺器。
導讀
本篇一共分成許多章節,可以從目錄挑選想要閱讀的篇章來進行閱讀。
周承儒
1書名 情色昆蟲記-昆蟲世界的愛情兵法
作者 朱耀沂
出版社 商周出版社
簡介(摘要)
1.探討雌雄兩性的由來與有性生殖的優點。
2.介紹求偶戰爭中的武器——昆蟲的性器官。
3.介紹昆蟲吸引異性的各種魅惑技巧。
4.介紹昆蟲千奇百怪的房中術。
5.介紹產卵的策略與昆蟲親子關係。
6.介紹人類利用性費洛蒙所作的害蟲防治。
7.本書舉例許多的實驗與研究,讀者可從中獲知實驗、研究的考量與技巧。
8.作者引導出許多至今未解之謎,鼓勵讀者後進也能投入探索。
導讀
各種關於昆蟲的尋偶行為等等,藉由檢索目錄來找尋自己有興趣的部分。
張沛勻

序號書面報告說明上傳者
1說明 生態豐富的花蓮是甲蟲迷的天堂,喜愛鍬形蟲的我們經常走訪林道進行野外觀察;夏日時分學校附近山間林道的烏桕樹上有為數不少的高砂鋸鍬形蟲,除了尋訪蟲蹤外,我們也嘗試繁殖並體驗飼育鍬形蟲的樂趣。從飼育過程中觀察分析高砂鋸鍬形蟲的生命史以及互動溝通行為,並將研究發現整理出「高砂鋸鍬形蟲的溝通行為研究」之專題報告參與第55屆科展,研究結論獲得評審肯定。研究發現高砂鋸鍬形蟲交配時展現了豐富又多元的溝通方式。交配時,雄蟲與雌蟲先對望並震動觸鬚互相傳遞訊息。雄蟲再以觸鬚輕刷雌蟲背板、小顎鬚輕點雌蟲腹部背板,經此一溝通過程後交配。儘管是鍬形蟲,仍有牠們慣用的溝通方式。
接續上述之鍬形蟲溝通行為研究,我們還發現高砂鋸鍬形蟲在交配情境中,雄蟲與雌蟲面對交配的對蟲有不同的反應行為,值得持續追蹤探究。希望透過本研究繼續深入探討高砂鋸鍬形蟲的交配權爭奪情形,了解雄蟲與雌蟲是否有不同的行為反應模式。
周承儒

序號書面報告說明上傳者
6說明 簡報pptx檔10/28號更新周承儒
5說明 簡報pdf檔10/28號更新周承儒
4說明 高砂鋸對蟲交配時,雄蟲2進行干擾交配權的機率為80%,干擾成功率為75%(總數十次的實驗中,出現八次的干擾行為,八次干擾行為中,有六次干擾成功阻止了原對蟲交配)。不過我們也發現,雄蟲2雖然有75%的機率順利阻止原對蟲交配,卻因為雌蟲已在兩隻雄蟲打鬥時逃離現場,使得雄蟲2就算阻止了原對蟲交配,也無法進一步取代原雄蟲而佔有交配權。林麗萍
3說明 高砂鋸鍬形蟲會干擾交配權嗎?研究發現,高砂鋸鍬形蟲不論是雄蟲或雌蟲都有80%的機率會對正在交配中的「對蟲」進行干擾;但在干擾策略以及干擾成功率,雄蟲與雌蟲出現不一樣的結果。
(一)雄蟲採正面的「宣示」與「戰鬥」干擾策略。
(二)雌蟲先宣戰,再採用迂迴爬行的推擠策略擠掉其他雌蟲。
林麗萍
2說明 實驗過程照片-干擾交配權周承儒
1說明 高砂鋸鍬形蟲(Prosopocoilus motschulskyii),又稱莫氏鋸鍬形蟲(Waterhouse, 1869)。依照農委會的分類,高砂鋸鍬形蟲屬於臺灣特有種鍬形蟲,屬於完全變態的昆蟲。雄蟲體長 29 – 60 mm,雌蟲 26 –30 mm,翅鞘顏色偏紅及暗紅色,腳呈棕黑及黑褐色,大型雄蟲大顎長且彎曲,大顎內部長出四對小齒凸,用以作為攻擊時夾住敵蟲的重要武器。
高砂鋸鍬形蟲屬於完全變態的昆蟲,一年內完成「卵」、「幼蟲」、「蛹」及「成蟲」四個階段 (如圖2)。
周承儒