2017年12月3日 星期日

【脈動-越南.臺灣生態攝影展】



Việt Nam :
"Triển lãm ảnh Nhịp đập đa dạng sinh học Việt Nam - Đài Loan"
2017-12-1~ 2018-1-25
Bảo tàng Hà Nội

English:
Pulsation - Biodiversity of Vietnam - Taiwan Photography Exhibition
Time: 1st December, 2017 ~ 25nd February, 2018
Place: Hanoi Museum (Vietnam)

中文:
展名:脈動-越南.臺灣生態攝影展
展期:2017年12月1日~2018年2月25日
地點:河內博物館(越南)

臺博館以文化推動國際交流,即日起攜手越南國立自然史博物館及河內博物館,跨海推出「脈動-越南.臺灣生態攝影展」巡迴展,展覽以臺灣及越南專業攝影家的影像作品,展現彼此多樣的生態環境與物種;並透過「生物多樣性之愛」專題,敘述人們熱愛土地、物種的保育案例。首場展覽於2017年12月1日起至2018年2月25日於越南河內博物館展出。

本次臺灣展區以「生命的律動」、「森林宇宙」、「海洋秘境」、「城市自然」及「生物多樣性之愛」五大主題展現臺灣多元的地理環境、生物樣貌。展品包括地景攝影家莊明景、劉思沂、生態攝影家林青峰,及水下攝影家Yoko Summer等人所拍攝之112件攝影作品;導演齊柏林所拍攝的「看見臺灣」短片,以及導演江國賓拍攝剪輯之「迷霧森林」兩部短片。越南展區則以「生物多樣性」為主題展出67件精彩攝影作品,介紹越南跨越亞熱帶及赤道,多變的氣候伴隨著地形與緯度變化,形成排名全球高生態多樣性國家第16名的豐富物種。

臺灣和越南都擁有多樣地貌,孕育豐富的生態環境,其中森林與海洋更是生物多樣性寶庫,透過本次展覽,觀眾可以欣賞到不同土地獨特的地理環境,以及豐富的生態系所呈現的生命之美,藉由影像與自然建立情感連結,喚起大眾對於全球生態環境保育的重視。

臺博館Facebook同步收看~ https://www.facebook.com/NTMuseum

#NTM #臺博館 #臺灣 #越南 #越南國立自然史博物館 #河內博物館 #脈動越南臺灣生態攝展

2017年12月2日 星期六

【川上瀧彌與阿寒湖的自然特展】

川上瀧彌與阿寒湖的自然特展
日本北海道釧路市境內的阿寒湖不僅自然景觀豐富,更因棲息罕見的日本特別國家天然紀念物「毬藻」(マリモ,Aegagropila linnaei)聞名全球。今年適逢阿寒湖毬藻發現120週年,國立臺灣博物館即日起展出「川上瀧彌與阿寒湖的自然」特展,除了可近距離欣賞來自北海道的毬藻活體標本,還可了解毬藻發現歷程、自然生態及近期的研究成果等。

「毬藻」為一種綠藻,只能生長在水質乾淨無污染的環境,由3-4公分長的絲狀體聚集成球狀集合體,有阿寒湖的「湖中寶石」之稱。1897年由當時就讀日本札幌農學校的川上瀧彌(臺博館首任館長)發現及發表為新紀錄種,1921年被日本政府列為國家天然紀念物,並於1952年成為特別國家天然紀念物。在日本除了設立「綠球藻展示觀察中心」專門介紹,毬藻也被當地原住民愛奴族認為是神的化身。

目前毬藻最大生育地位於日本北海道東部的阿寒湖。但是20世紀中的阿寒湖周邊區域因各種開發影響,使得阿寒湖毬藻的生存環境也受到影響,族群明顯減少。透過本次展覽,希望增加毬藻的愛好者,並轉變成為毬藻與自然環境的保護者。

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

【臺博館越南展出臺灣生態之美 以文化推動國際交流】

「脈動-越南.臺灣生態攝影展」巡迴展
臺博館以文化推動國際交流,即日起攜手越南國立自然史博物館及河內博物館,跨海推出「脈動-越南.臺灣生態攝影展」巡迴展,展覽以臺灣及越南專業攝影家的影像作品,展現彼此多樣的生態環境與物種;並透過「生物多樣性之愛」專題,敘述人們熱愛土地、物種的保育案例。首場展覽於2017年12月1日起至2018年2月25日於越南河內博物館展出。

本次臺灣展區以「生命的律動」、「森林宇宙」、「海洋秘境」、「城市自然」及「生物多樣性之愛」五大主題展現臺灣多元的地理環境、生物樣貌。展品包括地景攝影家莊明景、劉思沂、生態攝影家林青峰,及水下攝影家Yoko Summer等人所拍攝之112件攝影作品;導演齊柏林所拍攝的「看見臺灣」短片,以及導演江國賓拍攝剪輯之「迷霧森林」兩部短片。越南展區則以「生物多樣性」為主題展出67件精彩攝影作品,介紹越南跨越亞熱帶及赤道,多變的氣候伴隨著地形與緯度變化,形成排名全球高生態多樣性國家第16名的豐富物種。

臺灣和越南都擁有多樣地貌,孕育豐富的生態環境,其中森林與海洋更是生物多樣性寶庫,透過本次展覽,觀眾可以欣賞到不同土地獨特的地理環境,以及豐富的生態系所呈現的生命之美,藉由影像與自然建立情感連結,喚起大眾對於全球生態環境保育的重視。

臺博館一直致力於新住民服務大使專案的推動,藉由新住民服務大使的協助,促使在臺新住民、移工更為理解臺灣文化,本次也透過臺博館新住民服務大使阮氏玉梅的協助,促成臺越三個博物館的共同合作,未來希望越南博物館也能到臺灣進行展覽,將越南文化帶到臺灣,而臺灣也將持續透過更多的國際展覽合作,促進博物館國際交流,建立夥伴關係,以文化推展國際交流,透過文化的力量,增進國際間相互認識及建立共識,共同將對生態環境的關懷落實於具體行動中,也讓世界透過博物館更認識臺灣文化。

文字摘錄來源:詳臺博館新聞公告~https://goo.gl/83wD5c

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2017年11月30日 星期四

【臺博館本館大廳古蹟修復 再現百年精細工藝】



臺博館本館建築於1915年完工,是20世紀初臺北城重要的地標建築。每次閉館整修都有不同的時代意義,過去曾有過三次閉館整修紀錄,包括1961年因戒嚴統治,將戶外南向陽臺改為室內展示空間;1994年文建會推動文化參與和文化風氣,增加三樓展場空間;2001年因331大地震館舍受損閉館修復。本次則是臺博館建築1998年被指定為國定古蹟後首度進行室內修復,各項作業都採用更高的規格和嚴謹的程序。

古蹟具有文化資產身分,在修復過程中最難的並不是還原成原貌,而是如何找回失落的技術。例如過去廊道使用的人造大理石牆面,目前臺灣已無相關技術人員,團隊遍尋日本、英國及義大利等國的相關案例,經過繁複的試驗才著手修復。此外,臺博館也利用3D掃瞄技術複製燈具進行展示,讓觀眾有機會近距離欣賞早期的精緻工藝。以保存文化資產的高標準共同珍愛博物館,落實文化保存工作。

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

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2017年11月29日 星期三

【樹上行軍-水龍骨科的附生植物】

樹上行軍-水龍骨科的附生植物

時間-2017.11.28 - 2018.3.25
地點-臺博館南門園區紅樓一樓大廳

臺灣的地理位置處於亞熱帶,孕育了蓊鬱的森林,並因海拔高度的變化,擁有多樣的生態系。每當我們抬頭仔細觀察樹木,常可以看到其他小型植物攀附在樹幹上生長,它們大都是不會對樹木產生傷害的附生植物。附生植物通常萌發於宿主植物身上,一生幾乎都在高高的樹上度過。與寄生植物不同的是,附生植物能自己行光合作用,把大樹當公寓,借住其上只是為了爭取到更多的陽光。

臺灣附生的維管束植物約有350種,以蕨類與蘭花為大宗;而蕨類中的水龍骨科就有將近60種是附生植物,可以說近八成的臺灣水龍骨科植物以樹為家。由於水龍骨科蕨類具有橫向生長的根莖,有些種類的根莖攀附於樹幹上,再由莖上生長出垂直樹幹的葉子,一片一片依序排列遊走樹間,像是列隊在樹上行軍,向上生長爭取陽光,如石葦、抱樹石葦等;另一些種類的葉子則是成叢或環抱著樹幹生長,像是集合操演,或是自己搭建軍事堡壘,聚集眾葉之力,取得有限的水分與養分,如瓦葦、崖薑蕨等。因此,觀察附生植物的同時,除了能欣賞豐富的植物種類外,更可以透過想像力,將自己置身樹上,感受一下附生植物們的旺盛生命力。

p.s.來到臺博館南門園區除了看展櫃裡的標本外,也不彷走入園區,仔細觀察附生在老樟樹身上的伏石蕨和瓦葦唷!

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

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2017年11月28日 星期二

【昆蟲飛行秘技特展】

昆蟲飛行秘技特展
生物的活動方式包括行走、跳躍、游泳、攀爬、滾動、滑行、和飛行。對人類而言,只有「飛行」難以達成,需要靠人造翅膀或飛行器具才能在空中飛翔。而昆蟲在生物界中無論種類和數量都稱冠,許多物種和人類生活習習相關,並且在三億年前就能飛行,是最早具有飛行能力的動物。

本展從科學角度探討昆蟲飛行的各種面向和秘密,也是國內首次以昆蟲飛行為主題的特展,展品包括超過200隻的昆蟲標本及大型昆蟲模型,從有翅昆蟲的演化、昆蟲的翅膀、飛行目的和功能、飛行原理、能量供應等多面向介紹昆蟲相關知識。

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

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2017年11月24日 星期五

【「鮭」鄉何處?臺灣鈎吻鮭發現100周年特展】

「鮭」鄉何處?臺灣鈎吻鮭發現100周年特展
臺灣鈎吻鮭(昔名櫻花鈎吻鮭)於1917年發現,1919年第一個學名被發表於《臺灣農事報》,臺灣國寶魚的學名經過多次修改,2012年國際動物命名法委員會通過審查,將學名確立為Oncorhynchusformosanus,中文名稱為「臺灣鈎吻鮭」。

「臺灣鈎吻鮭」是低緯度地區罕見的陸封型鮭魚,更是西太平洋鮭魚分布的最南界,日據時期即被標定為「天然紀念物」加以保護,有臺灣國寶魚的美譽,近年來政府更積極投入保育,不但劃定其棲地為保護區,學界也透過各項研究探索其起源、演化、系譜和保育等生物學問題,現今認定牠是臺灣特有種,而非日本櫻鮭之亞種。本館特於臺灣鈎吻鮭發現100周年之際推出特展,從臺灣鈎吻鮭的前世今生、形態特徵、生態角色等揭露繽紛的鮭魚世界,並透過豐富多元的展示服務,彰顯臺灣在環境生態保育之努力成果。

展場還有VR體驗區,歡迎大家以臺灣鈎吻鮭的視角觀察水中生物美麗的身影。

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

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2017年11月23日 星期四

【發現臺灣-重訪臺灣博物學與博物學家的年代】

發現臺灣-重訪臺灣博物學與博物學家的年代常設展海報

「發現臺灣」內容主要分為三大主題單元:發現之道、臺灣新象、過去的未來。

■發現之道
「發現之道」聚焦於20世紀初博物學家的調查傳統。透過兩位傳奇採集調查者:森丑之助與菊池米太郎的田野故事與蒐藏,勾勒出那一代博物學家強調親身實地踏查—即所謂「知識是人走出來的」之調查傳統。
另一方面,田野調查者所現地採集的物質憑證,構成了博物館的「標本世界」。標本並非調查的紀念品,而是物種的代表,許多不同標本的集合讓博物館體現出一個微型的自然界,在博物館裡重現了自然物種的分類階序與演化秩序。「標本中發現自然秩序」因此就構成另一個當時博物學傳統的重要特色,也是本單元的第二個主題。

■臺灣新象
「臺灣新象」則以專題方式細數臺博館歷史上重要的博物學者與他們的重要發現。如首任館長川上瀧彌主導調查的臺灣高山植物、臺灣昆蟲研究開創者素木得一所發現的「寬尾鳳蝶」、博物館的傳奇標本採集者菊池米太郎所採集的「黑長尾雉(帝雉)」、臺灣礦物研究先驅岡本要八郎發現的「北投石」、全能型博物學者堀川安市採集的貝類標本與其發現的新種蝸牛:堀川氏煙管蝸牛、戰後首任館長陳兼善與其學生梁潤生所採集的「國寶魚」:櫻花鈎吻鮭、獨幟一格的歷史博物學者尾崎秀真所蒐集的原住民籐編器與珠衣,還有在1910年代由森丑之助指導製作的臺灣原住民各族「博多人偶」、1920年代末蒐集的「佐久間財團蒐集品」、1960年代造成萬人空巷的深海活化石—「龍宮翁戎螺」,與1970年代臺灣化石大發現出土的「早坂犀」等,館史上重要的發現者與發現,莫不在本單元的展場中翩然現身。

■過去的未來
最後,名為「過去的未來」的本展第三單元,則始於一個問題:究竟這些臺博館典藏的歷史性標本在當代有何意義?換句話說,博物館的標本除了能夠帶我們回到過去,是否也能讓我們反省當下,甚至展望未來呢?。展場裡以三個物件回答此問題。第一件是臺灣雲豹標本,臺灣雲豹的野生族群已經在2014年正式宣告絕跡,因此博物館收藏雲豹標本就不再只是過去物種的歷史紀錄,同時也成為一把通往未來的鑰匙—透過其中保存的遺傳資訊而提供未來重建物種的可能線索。

更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。
#NTM #臺博館本館 #發現臺灣 #重訪臺灣博物學與博物學家的年代 #發現之道 #臺灣新象 #過去的未來

2017年11月22日 星期三

【發現臺灣-重訪臺灣博物學與博物學家的年代】



透過展覽,引領觀眾重訪20世紀初臺灣自然世界是如何被近代博物學所「發現」,臺灣博物學與博物學家擅場的「發現年代」,重新審視367件典藏奠定今日臺博館收藏基礎、形塑臺博館風貌的博物學發現、發現者、與發現傳統。更多訊息,歡迎請到臺博館官網查詢。

東展廳:發現之道
中央迴廊:臺灣新象
西展廳:過去的未來

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#NTM #臺博館本館 #發現臺灣 #重訪臺灣博物學與博物學家的年代 #發現之道 #臺灣新象 #過去的未來

2017年11月15日 星期三

【臺博館本館11月21日起重新開幕】

REOPEN
嗨!眾多粉絲朋友們期待的臺博館本館,歷經9/19-11/20的休館整修之後,將在11/21重新對外開放,展現古蹟修復成果及同步推出多檔全新展覽,歡迎您的蒞臨。
發現臺灣:重訪臺灣博物學與博物學家的年代
★發現臺灣:重訪臺灣博物學與博物學家的年代
Discovering Taiwan-Re-visiting the Age of Natural History and Naturalist of Taiwan
展覽檔期:常設展
展覽地點:本館三樓展區
*歷時三年半規劃的全新常設展
展覽介紹~ https://goo.gl/Wbe2Xx
「鮭」鄉何處?臺灣鈎吻鮭發現100周年特展
★「鮭」鄉何處?臺灣鈎吻鮭發現100周年特展
Revival of the Formosan Landlocked Salmon -100th Anniversary Exhibition
展覽檔期:106年11月21日~107年06月03日
展覽地點:本館一樓東展室
*慶祝臺灣鈎吻鮭發現百周年
展覽介紹~ https://goo.gl/khV4W7

★昆蟲飛行秘技特展
Special Exhibition of Insect Fly Secret
展覽檔期:106年11月21日~107年09月02日 
展覽地點:本館一樓西展室
*國內首次以飛蟲為主題的昆蟲特展

#NTM #臺博館 #REOPEN #發現臺灣 #重訪臺灣博物學與博物學家的年代 #臺灣鈎吻鮭發現100周年特展 #昆蟲飛行秘技特展

臺博官網介紹~ https://goo.gl/T6coFb





2017年8月27日 星期日

『臺博新知』:仿生螳螂蝦(四):高韌性人字形結構複合材料

歐陽盛菊/國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士
歐陽盛芝/國立臺灣博物館
賴婉婷/國立臺灣博物館研究組

美國與澳洲的科學家結合產學合作,仿生雀尾螳螂蝦(Odontodactylus scyllarus)掠螯棒狀指節撞擊區的高韌性人字形超微結構,使用聚合物和碳纖維以3D列印方式,開發出可吸收更多能量、分散外力更均勻、抵抗更大應力的新型仿生人字形結構複合材料,以及用人字型結構當外層、夾板螺旋結構當內層的複合材料,成功製造新款超強韌耐撞擊的輕量雙層頭盔,可視需求單獨使用或結合兩種複合材料,未來可透過改變纖維結構調節厚度和剛度、給予額外的韌性,應用於防護及防彈裝備、交通工具、建築物、太空船等,做為耐撞擊的外層。研究成果發表於20168月出版的《先進材料》(Advanced Materials)期刊。團隊由加州大學河濱分校(University of California, Riverside)基薩魯斯(David Kisailus)教授領導,成員包括普渡大學西拉法葉分校(Purdue University, West Lafayette)、明尼蘇達大學(University of Minnesota)、加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego)、西雪梨大學(Western Sydney University)、海思創公司(Hysitron Inc.)、和泰思肯公司(TESCAN USA Inc.)。
高韌性人字形結構複合材料仿生雀尾螳螂蝦棒狀指節撞擊區(繪製者:黃正文)。
雀尾螳螂蝦是一種粉碎型蝦蛄,體色鮮艷多彩,具有卓越視力、彈性盔甲、快速出拳等特點,領域性和攻擊性很強,會激烈捍衛棲地、食物來源和配偶,又稱為蟬形齒指蝦蛄、紋華青龍蝦、孔雀螳螂蝦,屬於軟甲綱(Malacostraca)口足目(Stomatopoda)齒指蝦蛄科(Odontodactylidae)。棲息於海洋礁岩縫隙或基部附近的洞穴內,獵捕螃蟹、寄居蟹、蚌、蛤蜊及螺類等甲殼類、腹足類、和雙殼類動物為食,牠們攻擊獵物時使用超過子彈的速度伸展一對掠螯,號稱自然界最快和最強大的重擊之一,以擴大如拳的棒狀指節踝部重擊獵物的防禦武器或保護硬殼,引起第一個力峰,搭配氣蝕泡崩潰造成空穴效應衝撞力量所致的第二個力峰,導致對獵物的雙重傷害,峰值衝擊力範圍從4001,501牛頓(N,使質量1公斤物體加速度達1 m/s2時所需的力),峰值氣蝕力達504 牛頓,達到超過10,400 g的重力加速度(g=9.8 m/s2)和從0達到每秒23公尺的速度。第一次攻擊後會視獵物損傷狀況停止或再次攻擊,兩次攻擊間距時間為390-480微秒(μs=10-6s)。
雀尾螳螂蝦(Odontodactylus scyllarus)掠螯棒狀指節具高韌性人字形結構(圖片來源:歐陽盛芝)。
棒狀指節尺寸約7公釐,做為攻擊武器不僅能提供雀尾螳螂蝦重複衝擊力,還能承受隨之而來高達1,500牛頓的空穴應力,不會出現災難性的斷裂,可重複使用多達五萬次重擊。主成分是α幾丁質纖維,依無機鈣化物的鈣化程度分為「撞擊區表面」、「撞擊區」、和「週期區」共三層結構,礦化程度越高就越硬、強度越高。撞擊區厚度約500微米(μm=10-6m),由結晶磷酸鈣圍繞有機α幾丁質纖維,礦化組成週期性的人字形超微結構週期性正弦波結構,具有橫向長度(波長,λ)約45微米,縱向長度(振幅,A)在撞擊區和週期區交界處為70微米、在撞擊區和表面交界處為100微米、在撞擊區表面僅50微米,彈性模量30-45吉帕(GPa = 109 Pa1 Pa = 1 N/m2,近似波的週期結構。
研究團隊使用奈米壓痕儀觀察撞擊區的多層結構,發現類似坦克的複合裝甲材料,具有高密度、高硬度、高彈性模量、和因位置而異的彈性模量等特性。而雀尾螳螂蝦棒狀指節因礦化梯度的影響,鈣和磷濃度由內部朝向表面增加將氟、硫、和碳酸鹽替換為靠近指節表面的磷灰石晶體,導致撞擊區表面具有較高的彈性模量和硬度,形成由內而外升高的漸變梯度,分別為25-50吉帕和0.7-2吉帕,並在指節表面達最大值。當測試施加1,000毫牛頓(mN=10-3N)載荷至撞擊區時,表面出現輕微刻痕,裂紋沿著螺旋排列纖維的局部取向扭曲旋轉,在裂紋尖端的纖維能自我修復產生橋結,阻止裂紋擴展,且磷灰石(磷酸鈣)的晶體結構將各向異性傳導至幾丁質纖維增強結構韌性,證實人字形結構能分散所受外力,保持本身的穩定性。
他們以3D列印仿生人字形結構複合材料的纖維及基底圓柱,採用硬的剛性不透明白色材料丙烯酸光聚合物(acrylic-based photo-polymerVeroWhite和類橡膠材料的軟彈性體TangoPlus組成結構材料,直徑60公釐、高度37公釐,纖維直徑0.6公釐,旋轉角18振幅3公釐,波長2公釐,容積百分率0.267;同時也列印對照用的仿生夾板螺旋結構複合材料圓柱,規格相同,但容積百分率0.242。經奈米壓痕試驗得知,增加人字形試樣中正弦界面的振幅/波長比(A/λ,可延遲不穩定的裂紋擴展,並增大韌性,且人字形結構容許更大的應力再分配,更能避免損害;抗壓試驗則顯示人字形結構能承受較大的應變、沒有顯著損傷,具較高的能量吸收密度;壓縮測試將試樣壓扁,結果人字形結構的內部形變較小、較穩定、受力較均勻;剪切應力測試也顯示人字形結構的應力分布更均勻,從內部到表層的振幅/波長比逐漸增加、楊氏模量隨之增加、韌性增強,有更佳的能量吸收性能,可抵抗更大應力。故若將人字形結構多層疊加,達到100%仿生雀尾螳螂蝦棒狀指節撞擊區的人字形超微結構,不但輕薄,且機械性能將更優異。無論單獨使用高韌性人字形結構複合材料或同時採用螺旋形和人字形兩種結構,都極具應用潛力。
以上新聞編譯自2016824日發行之Advanced Materials期刊)
本文由科技部補助「向大自然借鏡生物行為的科學解密」執行團隊撰稿
責任編輯:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
審校:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
日期:2017/07/28
本單元學術名稱:生物醫農>動物學
標籤:仿生螳螂蝦():高韌性人字形結構複合材料
資料來源:
Yaraghi, N. A., N. Guarín-Zapata, L. K. Grunenfelder, E. Hintsala, S. Bhowmick, J. M. Hiller, M. Betts, E. L. Principe, J.-Y. Jung, L. Sheppard, R. Wuhrer, J. McKittrick, P. D. Zavattieri, and D. Kisailus. 2016. A sinusoidally-architected helicoidal biocomposite. Advanced Materials, 28(32): 6835-6844.
延伸學習:
Benedict. 2016. Ultra-strong 3D printed material inspired by natural herringbone pattern on mantis shrimp. 3D Printer and 3D Printing News, May 31, 2016.
Mantis shrimp. 2017. Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Mantis_shrimp (Visit date: 2017/06/03).
Patek, S. N. and R. L. Caldwell. 2005. Extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus. The Journal of Experimental Biology, 208: 3655-3664.
Patek, S. N., W. L. Korff, and R. L. Caldwell. 2004. Deadly strike mechanism of a mantis shrimp: this shrimp packs a punch powerful enough to smash its prey’s shell underwater. Nature, 428: 819-820 (+3pp. Supplementary methods).
University of California-Riverside. 2016. Mantis shrimp inspires next generation of ultra-strong materials: newly discovered structural motif is key to tougher, more impact resistant composite materials for aerospace, automotive and armor applications. ScienceDaily. May 31, 2016.


『臺博新知』:仿生螳螂蝦(三):新型癌症檢測設備和視覺偵測系統

歐陽盛菊/國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士
歐陽盛芝/國立臺灣博物館
賴婉婷/國立臺灣博物館研究組

英國、澳洲及美國的跨國團隊研究能看到環境中各種物體偏振光的史氏指蝦蛄(Gonodactylus smithii)和雀尾螳螂蝦(Odontodactylus scyllarus),未來可模仿牠們滾動眼睛視角可改善物體的偏振對比、並測知其動態偏振視覺最佳角度的原理,除可開發眩光少、色彩不失真扭曲的影像處理器、相機、顯微鏡等外,在醫學應用方面,因癌細胞組織會反射出與周邊健康細胞組織不同的偏振光,可依此研發新型癌症檢測設備或偏振相機等;水下光學成像技術和儀器更能廣泛應用於水下目標探測,解決現有偵測影像設備作用距離較短、品質較差的問題,並發明低功耗及高性能視覺偵測系統等。研究成果由布里斯托大學(University of Bristol)羅伯茲(Nicholas W. Roberts)教授與西澳大學(University of Western Australia)、昆士蘭大學(University of Queensland)、馬里蘭大學(University of Maryland)的研究團隊成員聯合於20167月在《自然通訊》(Nature Communications)期刊發表。
仿生螳螂蝦的動態偏振視覺將可開創新型癌症檢測設備等(繪製者:黃正文)。
史氏指蝦蛄體長最大達11公分,體色為亮綠色到墨綠色,屬於指蝦蛄科(Gonodactylidae);雀尾螳螂蝦體長約10-17公分,體色多彩鮮艷,以綠色為主,屬於齒指蝦蛄科(Odontodactylidae)。兩種均為粉碎型蝦蛄,屬於軟甲綱(Malacostraca)口足目(Stomatopoda,具有一對強韌快速的攻擊性掠螯外,還有一雙功能強大的特殊眼睛,為並列型複眼,能看到從紫外線到紅外線的各種光線,每隻眼睛有三重視覺成像,兩隻眼睛共有六重視覺影像,能獨立分開滾動,有效增強看到物體偏振光的能力、提高觀察力,可隨環境變化調節適應的複雜視覺系統,靈活的俯仰、偏轉、和扭轉眼睛以觀察環境。
雀尾螳螂蝦(Odontodactylus scyllarus)的眼睛具動態偏振視覺(圖片來源:歐陽盛芝)。
研究團隊發現螳螂蝦為了迅速感知顏色、節省腦力,因此犧牲更準確辨別顏色的功能,以便在五顏六色的環境中更快發現同類、天敵或獵物,以利生存。牠們的眼睛含有16種不同類型感光器,其中12種為探測顏色之用,39種分別負責偵測紫外光和可見光,能看到12種原色(人類和許多動物只能看到紅、藍和綠3種原色),但能分辨的顏色卻遠少於人類,係因感光細胞功能相互獨立、平行處理各波段的光線資訊,辨識的顏色重點在色差對比,能分辨黃色和橙色兩種單色,卻會忽略黃橙間的中間色,色彩資訊由眼睛決定後直接傳給大腦,不似人類由大腦彙整判讀顏色。
螳螂蝦的每個複眼則由「線性中間帶」區分成「背部周圍區」及「腹部周圍區」兩個半球、三個區域。線性中間帶由水平方向的6排感光器「小眼」組成,小眼的構造由外往內則依序為「角膜」、「晶椎體」和「視桿束」(8個網狀細胞組成),用以感知從紫外線到紅外線等顏色,及探測線偏振光和圓偏振光等16種不同波段和類型的光線;視桿束又可細分為「R1-7感受器」及「R8感受器」(功能為集結大部分感光能力、對紫外線敏感、且作為四分之一波片),最內層是內接視神經的基底膜。「網狀細胞」內有交叉突起,在主要視桿束中形成堆疊層、對偏振光敏感的「微絨毛」,滾動眼睛時會直接改變感光器微絨毛群的方向,得到最佳偏振對比。「偏振」係指波動朝特定方向振盪的性質,光波會因偏振方向不同而改變傳播狀況;「線偏振光」指振盪只朝單獨方向前進,「圓偏振光」指振盪方向旋轉,並隨時間勾繪出圓形的螺旋形前進。
牠們會分別針對非偏振的底棲生物和偏振的開放水域進行觀察,感測特定視覺信號的偏振,因為海域通常屬於低照度、強散射、渾濁的水下環境,光受到太陽在空中位置和水的透明度影響,線性偏振在10-50%,底棲生物則反射小於5%的偏振。故當光從海洋或魚鱗反射時,偏振光會像眩光一樣出現,螳螂蝦眼睛裡的感光器立即依光波角度調整眼睛角度,讓潛在獵物的偏振光看起來更清晰形成動態偏振視覺,以準確捕獲獵物或躲避天敵。
螳螂蝦並非簡單地將微絨毛與光刺激的偏振角度對準,而是與其預測最大偏振距離的扭轉角度對齊,牠們的眼睛背部和腹部周圍區半球都具有交叉或正交投射的微絨毛分層,兩個半球中共有四組微絨毛,形成感知偏振光的感光通道,通道方向在兩個半球區完全不同,每一半眼睛的微絨毛排列方向偏移45度,故眼睛與具特定偏振角度的一組微絨毛對準,最大角度不會超過22.5度;若超過則必須轉動0-22.5度,使四組微絨毛中的任一組對特定光刺激進行對準排列,以提高視覺準確度。研究團隊因此得知偏振距離可透過眼睛感光器的扭轉、旋轉和與光刺激偏振角的物理對準,達到感測的最佳化效果。將來根據螳螂蝦的動態偏振視覺原理調整偵測角度,開創新型癌症檢測設備和視覺偵測系統等,具有很大的技術發展空間和廣闊的應用前景。
以上新聞編譯自2016712日發行之Nature Communications期刊)
本文由科技部補助「向大自然借鏡生物行為的科學解密」執行團隊撰稿
責任編輯:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
審校:歐陽盛芝/國立臺灣博物館
日期:2017/07/28
本單元學術名稱:生物醫農>動物學
標籤:仿生螳螂蝦(三):新型癌症檢測設備和視覺偵測系統
資料來源:
Daly, I. M, M. J. How, J. C. Partridge, S. E. Temple, N. J. Marshall, T. W. Cronin, and N. W. Roberts. 2016. Dynamic polarization vision in mantis shrimps. Nature Communications, 7: 12140-1-9.
延伸學習:
偏振。2017。維基百科,https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%81%8F%E6%8C%AF瀏覽日期2017/07/03)。
Bok, M. J., M. L. Porter, A. R. Place, and T. W. Cronin. 2014. Biological sunscreens tune polychromatic ultraviolet vision in mantis shrimp. Current Biology, 24(14): 1636-1642.
Mantis shrimp. 2017. Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Mantis_shrimp (Visit date: 2017/06/03).
University of Bristol. 2016. Mantis shrimp roll their eyes to improve their vision. ScienceDaily, July 12, 2016.


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