【文獻分享】自然界的雙焦眼鏡

在最新ㄧ期的Current Biology中，有篇研究論文介紹自然界的雙焦眼鏡～擁有者是某種龍蝨的幼蟲，而這是第一次發現現生物種具有真正的雙焦眼睛。牠們是如何做到？這對牠們又帶來什麼好處？請在文章中找答案。

閱讀過後若對生物視覺產生興趣，當然就別錯過我們今年十一月舉辦的生物物理研習營IV，主題是～

Vision beyond Visibility

蟲魚鳥獸的婆娑視界：視覺中的生物物理

這篇文章，也在本期的Science中報導喔！

Biophysics:

Two Eyes in One

Lisa D. Chong

Nearly 500 million years ago, schizochroal trilobites roamed the oceans, guided by compound eyes with bifocal lenses. In extant animals, the structures of the eye range from those with accommodating lenses (us) to those with multilayered retinas, such as the complex eyes of jumping spiders. Now, to add to these varieties, Stowasser et al. have described a bifocal lens in the larva of the sunburst diving beetle Thermonectus marmoratus. Of its six pairs of eyes, the E2 eyes are tubular and face directly forward. They contain two retinas that are positioned at unequal distances from the lens, with photoreceptors oriented either parallel or perpendicular to the light path. Using a microscope to observe images formed by isolated lenses, the authors measured optical performance and determined that two distinct and well-focused images are produced on the proximal and distal retinas, indicating a true bifocal lens. Moreover, the images are separated vertically, leading to an improved contrast for each of the focused images.

【文獻分享】青蛙王子的跳躍力學

從白馬上一躍而下的王子，和變成王子前跳躍的青蛙，有什麼相似處？根據這則新聞報導，青蛙連同牠們的近親蛤蟆，在跳躍時使用肌肉的方式和人們一樣，都讓「負責避震」的肌肉群在落地前預先收縮，以緩衝因落地所致的撞擊力。這個研究發表在英國皇家學會的Biology Letters 中。有興趣的夥伴，可以讀讀看。

(照片來源）

【文獻分享】小海龜歷險記

元宵都過了，來換個新口味吧！

這一篇研究，是美國喬治亞理工學院物理學系的 Daniel Goldman 教授團隊所做的研究，探討新孵化的小海龜，是如何克服重重難關，回到海洋中。

Goldman 教授，可是純正的物理學家喔！會進入生物力學的圈子，應該肇始於加入 Bob Full 教授的實驗室，擔任博士後研究工作吧！他現在的研究方向令人著迷。有沒有人想嘗試選讀這一篇文章呢？

(照片來源）

新春開紅

新春開紅，恭喜紀老師剛發表的研究論文受到諸多科學媒體的注意，紛紛報導：Science Daily、PhysOrg、Wired Science。

紀老師，請客啦！

關於永康的報導

永康得獎的消息上新聞了！（照片來源）

雖然各位在上週的 JGM 中聽過他的報告，我們實驗室的成員也事前看過永康參賽的海報，但在這裡，我們來聽聽記者們怎麼說...

在這則報導中，永康表示做實驗占太多時間（註一），功課有退步，家人頗有微詞，但仍尊重他的興趣；希望未來繼續將物理概念導入生物領域，做更多的研究（註二）。在這則報導中，他則提到摔壞實驗室高速攝影機的事（註三）。這則報導則以蜘蛛人為題，點出永康的創意大發現！

（註一）這點實驗室的大家都應該同意吧！時間花的比他少的人，應該要檢討了。
（註二）很高興有新血將注入生物物理（生物力學）的研究領域！
（註三）啊！又喚起去年八月初的慘痛記憶～但我們還是走過來了！

[文獻分享] 迷你伏擊軍

今天出刊的 Science 中，有一則報導介紹運用高速攝影機，來拍攝顯微鏡下浮游動物攝食行為的研究。

大家都知道，不同尺度下的流體行為差異很大-- 有別於我們生活的世界 (inertia dominated)，那些微小的動物是如何在相對黏稠的水中 (viscosity dominated) 捕食呢？運用伏擊策略，這些體長介於 0.3-1 mm 的動物，得以有效地捕捉到獵物。

[文獻分享] 翩然降落的種子

這是今天 Science 的封面 ~
是由楓樹種子墜落時，其連續影像疊合而成。

這個現象，相信許多人都看過，例如今年三月，本校森林系馮豐隆老師在 BJC 演講時，便帶來了有翅的種子（我忘了樹種），當場示範其墜落的過程。相信在場的觀眾對其翩然降落的樣貌印象深刻。

過去我們都預設：這類的種子在旋轉時，應該有升力產生來抵抗重力，以有效增加種子在空中停留的時間；當風起時，種子便有機會乘著風，散播到更遠的地方～而這對生物是很重要的。

如今，生物流體力學家們解答出了翅果在旋轉過程中，產生升力的機制-- 原來，它們和昆蟲、蝙蝠、蜂鳥類似，會運用 leading-edge vortex，來提升翅膀產生的升力！

[文獻分享] 蛇爬行的秘密

2007 年底的生物物理研習營中，胡立德 (David Hu) 教授與我們分享了他研究蛇類爬行力學的初步成果。這個研究，已於上週在 PNAS 線上發表：The mechanics of slithering locomotion。

這個研究，也引起多方關注。在 Nature、New York Times、Discover Magazine 等雜誌、媒體上都有相關報導：
Nature: Snakes use scales to slither--Mathematical model suggests 'sideways' friction is key
New York Times: Snakes' Locomotion Appears a Matter of Scales
Discover: How To Be A Snake [Life in Motion]

［附註］2007 年生物物理研習營的活動報導，與胡教授的專訪，均已刊登於物理雙月刊中。

[科學報導] 烏賊的聽覺

去年11月曾參加生物物理研習營的夥伴們應該還有印象，中研院的嚴宏洋老師在他第二場精采的演講中，介紹了如何應用海洋生物聲學的原理和技術在漁業及保育上。

今早看到了兩則新聞報導，便是關於嚴老師研究烏賊聽覺的成果：破解烏賊聽覺密碼 我獨步全球、記錄聽覺腦幹反應 好惡全都露。方才連結到原始研究論文，意外發現，五位作者中，有三位在過去三年裡，各給過一場 BJC 演講：
Hong Young Yan （中研院細胞與個體生物所嚴宏洋博士）2006-10-12：魚類的多媒體世界
Wen-Sung Chung（中研院細胞與個體生物所鍾文松先生）2007-5-3：海洋魔術師
Jen-Chieh Shiao （台灣大學海洋研究所蕭仁傑教授）2008-10-16：引人上鉤的魚耳

不知下學期是否邀請第五作者 :)

Scaling在古人類學的應用

最近一期的Nature用幾年前發現的佛羅勒斯人（Homo floresiensis）當封面，因為裏頭有兩篇研究論文及一篇報導是在討論這種矮小的古人類。我大概沒有能力讀懂那兩篇研究論文，所以就只讀了那篇報導。

這篇報導說佛羅勒斯人的化石剛被發現的時候，許多人都提出質疑，認為那不是新的人種。我記得當時讀過幾篇相關報導，確實是眾說紛紜，相當精采，後來還為了搶化石而扯出一堆人與人之間的糾紛呢。這篇報導接著說，這些質疑中最有力的是從scaling的角度來審視這些化石：拿不同種的生物來比較，腦的質量與身體的質量通常有個冪次等於0.75的scaling關係；拿親緣關係密切的物種來比的話，這個冪次會小一點，在0.2到0.4之間。根據這個scaling關係來計算，不論把佛羅勒斯人當成得了侏儒症的現代人或是得了侏儒症的直立人，腦袋都太小了，令人懷疑佛羅勒斯人根本不能算是人類。

在Scaling讀書會中，大家應該都學過如何應用scaling來比較不同的生物，不論這些生物是否已經滅絕，scaling都派得上用場。這篇報導讓我們又多學到一個scaling的應用實例。不過，這回根據scaling所提出的質疑暫時被擊退了，因為照這篇報導所說的，佛羅勒斯人的足部結構證明了他們是人類家族的一份子。

除了scaling之外，生物力學在討論佛羅勒斯人的足部結構時扮演了很關鍵的角色，有興趣的可以去讀讀這篇報導。事實上，這篇報導的作者幾年前寫過一篇文章，就是從生物力學來分析人類的演化的。那時候紀老師還沒來，所以生物力學這門課還是由我這個門外漢在惡搞。一看到這篇文章很高興，就把它列入期末報告的文獻庫當中。只是，沒有學生選這篇來報告就是了。

最後要說的是，我很喜歡這篇報導的第一句話：Good science requires a healthy dose of tempered scepticism--at its heart, the process involves trying to reject proposed hypotheses.

由新奇到心情：Scaling 與追思一位偉大的動物學家

在電腦前用腦的時間增加了，在休息的片刻，只消幾個鍵盤鍵、幾許滑鼠移動，注意力很容易就流轉到期刊的舊文...

經過暑假的 Scaling 讀書會（啊，只進行了三分之一本書，未來還要找時間完成它），和在新化時我跟各位分享的腳丫子大小，各位不難嗅出，紀老師是很喜歡比較的，尤其是生物體型大小這檔事！

Journal of Experimental Biology 在 2005 年的5月1日有一期關於 Scaling 的專刊 (Scaling Functions to Body Size: Theories and Facts)：
此期封面的說明寫道：
The relationship between metabolic rate and body mass has been the topic of lively debate for over 150 years. Is there a universal scaling law that spans biological systems ranging in size from molecular units of the cells' metabolic machinery to trees and mammals? The contributions to this special issue reveal that, while there is still no consensus regarding the 'true' scaling exponent for this relationship, close collaboration between theoreticians and experimentalists will likely prove to be the key to future developments in the field of allometric scaling.

各位可以透過導讀和編輯的介紹，來一窺這個領域的面貌。

而在這個領域中，扮演重要角色的比較動物生理學家 Knut Schmidt-Nielsen，於 2007 年 1 月25日辭世，他的生平可從他的回憶錄 (The Camel's Nose: Memoirs of a Curious Scientist) 中窺見；而他的貢獻和影響，也絕非幾則追思文能訴盡。在 Duke 讀書的那幾年，有幸能親賭這位偉大科學家的風範；而座落在生物系旁名為 Scientist and Nature 的 1: 1 銅製雕塑，捕捉他與駱駝對望的景象，沒有尊卑之別，刻畫出動物學家與眾生命彼此好奇、相互對等的哲學觀。同時也令我思考著：我們該如何度量這樣一位科學家的貢獻，包含他帶給我們的視野-- 無窮無盡、綿遠流長？

謹於 Schmidt-Nielsen 教授 93 歲冥誕前夕，獻上無限追思與崇敬。

[文獻分享] 如何逃過地網？

剛才看到一篇文章，是報導去年生物物理研習營來訪學者之一 的 Gorb博士和他的同僚的研究。

故事是這樣的...
在南非，有一種植物，它們的表面有許多細毛，毛的末端帶有晶瑩剔透的液滴。事實上這些液滴帶有黏性，一旦小蟲被吸引而靠近，就會被沾黏上，好比自然界的捕蠅紙！黏液沾附體表後，受害者的拉扯使得黏液開始「牽絲」，當受害者越是掙扎，能量消耗越多，終至動彈不得。

但學者們發現，在這種植物上，居然能有昆蟲 (Pameridea roridulae) 來去自如，絲毫不受影響。牠們賴以維生的，便是被捕捉的小蟲子。問題是，牠們如何躲過植物的沾黏？

經過研究發現，原來 P. roridulae 的秘招在於：牠們的體表覆蓋的一層油狀的液體，破壞了黏液黏附的機制。當去除這層液體，牠們便一籌莫展了。

或許您也和我一樣疑惑：油狀的液體是如何破壞黏液的性質？這個在大自然中的發現，能夠如何幫助我們科技上的發展？

[文獻分享] 窸窣聲透露出的訊息

大家都知道，蝙蝠利用迴聲定位來找尋獵物。但研究發現，小生物（如昆蟲、蜘蛛等）在地表上活動時所發出的窸窣聲，透露出的訊息不只是「我是獵物」而已，還包含了自己的體型大小-- 而這對獵食者蝙蝠來說，是評估是否值得投資能量去捕食的依據。

開始對生物物理產生直覺的你，一定會猜到，獵物因活動所產生的聲音，不但受自身體型大小和運動方式影響，也跟介質的物理特性息息相關（如介質種類、潮濕程度等）。所以問題是，蝙蝠如何評估在不同物理環境中的獵物，是否是值得投資的「菜」？

看完 Inside JEB 對這篇文章的介紹之後，心裡產生兩個念頭：(1) 如果拍成 A 片（註：Animal Film），一定很棒！(2)不知道金庸筆下的青翼蝠王，是否也有這番功力？

所以，學生物物理除了可以從事研究外，還有機會成為導演、小說家、和像我這樣的半弔子影評人！

看自己與看別人

最近一期的Science有篇文章談的是人們如何看待自己與別人，標題是How we see ourselves and how we see others。文章的開頭很有意思：

Have you ever attended a long and technical lecture and seen yourself as easily distracted while thinking that everyone else seemed thoroughly engaged?

就是這句！就是這句和我的切身經驗完全吻合的話吸引我往下讀（要準備報告的夥伴們要牢記在心啊！不管是口頭或書面，一開頭就要把觀眾或讀者的注意力抓住）。

不過，接下來就比較平凡無奇了。大致上是說，我們都很清楚自己心裡在想些什麼，有什麼轉折、感覺、欲求，而對別人心裏想些什麼就不甚清楚，所以在評斷自己時，根據的是自己的內在；而在評斷別人的時候，就只能根據其外顯的行為了。誤判、誤解、衝突等就從此而生。近年來腦部掃描的結果，為這些觀察提供了神經科學上的證據。

到此為止，沒什麼讓我眼睛一亮的東西。然後，有趣的來了…

作者接著說，人們傾向於把「過去的我」與「未來的我」都看成別人。道理很簡單，我們看不到這兩個「我」的內在轉折，所以「他們」就跟「別人」沒什麼兩樣。腦部掃描的結果也支持這個觀察。作者在這裡描述了一個有趣的實驗：研究人員告訴實驗對象，拿給他們的噁心飲料（醬油＋蕃茄醬＋水）喝得越多，越有助於科學研究。在決定當下要喝多少時，實驗對象通常選兩湯匙；而在決定未來要喝多少，或別人該喝多少時，實驗對象選的都是比兩湯匙還多的量：半杯。

這說明了什麼？我覺得，這說明了我們在規劃自己的未來的時候，可能會像老師出作業一樣，高估了學生的能力，或低估了學生的侷限。所以，要我在兩個月內寫出一篇論文，我會很明白地說「不可能」，但我或許會在心裏嘀咕「可惡，一年後生一篇驚天動地的論文給你看看！」

這篇文章看起來字很多，密密麻麻的，扣掉圖也還有三頁之多。但就像上面說的，有一大半和常識差不多（是的，我是用作者的外顯行為－寫出來的東西－來判斷），因此不會太難讀懂（老實說，寫這篇報導比讀文章本身更花時間呢）。這裡只是挑我覺得最有意思的一點來分享，建議各位有空沒事的時候讀一讀，看看以後應該要如何看自己與看別人。

[新聞] 鮭魚繁衍後代 會暫時停止心跳

(來源：自由時報電子報 2008-5-20)

日本研究證實，鮭魚產卵時心跳會暫時停止。左圖為產卵中的鮭魚，據說魚嘴張開後不久就會暫時停止心跳。右圖為鮭魚產卵瞬間的心電圖（上為雄魚、下為雌魚），無起伏部分顯示鮭魚進入心跳停止狀態。（取自日本「朝日新聞」）

〔編 譯鄭曉蘭／綜合報導〕日本北海道大學與當地標津町的標津鮭魚科學館共同進行的實驗證實，鮭魚果真是「拚命」繁衍後代。因為不論是雌鮭產卵或是雄鮭授精時， 心跳都會暫時停止。專家解釋，這可能是鮭魚繁衍後代時全身血管承受極大壓力，為降低血壓才會出現這樣的生理反應，不過詳細原因還有待進一步研究。

日 本「朝日新聞」的報導指出，研究人員於去年11月鮭魚產卵期，在科學館鄰近的標津川魚道水槽進行該項實驗。研究人員首先將20隻鮭魚麻醉後，在鮭魚心臟以 及背部附近裝設小型的心跳計測儀器，再將鮭魚放回水槽，以攝影機追蹤觀察鮭魚情況。結果發現，一般鮭魚平常心跳約每分鐘80至90次，但實驗的鮭魚在產卵 或授精時，心跳都會停止約6至7秒鐘。

早在1983年，廣島大學研究所生物圈科學研究科教授植松一真就曾發表論文，提及鮭魚的心跳停止現象。此次實驗證明，繁衍後代時的心跳停止為鮭魚普遍的生理現象，相關研究數據也將於9月在美國召開的研討會中發表。

植松教授解釋：「鮭魚和鯛魚或比目魚不同，產卵時會運用到游泳的肌肉。鮭魚在（產卵）瞬間，全身微血管承受極大壓力，可能是為了降低血壓，才會出現心跳停止的現象。」

[TED演講系列] Janine Benyus: 12 sustainable design ideas from nature

[TED演講系列] Sheila Patek: Measuring the fastest animal on earth

[TED演講系列] Robert Full: Secrets of movement, from geckos and roaches

Marine ecology: Deep-sea cheetahs

Nature Research Highlights

Nature 453, 260 (15 May 2008) | doi:10.1038/453260a; Published online 14 May 2008

J. Anim. Ecol. doi:10.1111/j.1365-2656.2008.01393.x (2008)

At first glance, pilot whales and cheetahs seem unlikely to have much in common, but researchers have found at least one similarity: a tendency to sprint after prey, sacrificing energy for speed. This is the first demonstration of sprinting at depth in deep-diving marine mammals.

W. LEVIN/GETTY IMAGES

Natacha Aguilar Soto of La Laguna University in Tenerife, Canary Islands, and her colleagues tagged 23 short-finned pilot whales (Globicephala macrorhynchus). They found that the whales, which chase squid to depths of up to about 1,000 metres, often sprint after their food, and can reach a maximum speed of 9 metres per second. The finding contradicts the expectation that deepdiving mammals swim at slower speeds to conserve oxygen.

BIOPHYSICS: Polar Preferences

連細胞分裂都不公平了，天底下還有什麼公平的事？

Science Editors' Choice
Volume 320, Number 5877, Issue of 09 May 2008

BIOPHYSICS: Polar Preferences

In rod-shaped bacteria, proteins that mediate chemotaxis, cell division, and development are observed to localize to the poles. Recent evidence of heterogeneity in the composition of the bacterial cytoplasmic membrane and of the preferential binding of proteins to particular lipids suggests that membrane architecture may contribute to protein localization. For example, cardiolipin is involved in the polar and septal targeting of the Escherichia coli osmosensory transporter ProP. Cardiolipin is a phospholipid with high intrinsic curvature, and one proposal is that clusters of cardiolipin localize spontaneously to the poles, where the membrane is constrained by the curved cell wall. Mukhopadhyay et al. have extended their quantitative biophysical model to include the elastic energy of the membrane (which penalizes a deformation of the membrane away from the cell wall-imposed geometry), the interaction energy between lipids, and entropy. They show that variations in osmotic pressure, the force that pins the membrane to the cell wall, can regulate localization. The model predicts the minimum membrane fraction of cardiolipin required for domain formation and a polar localization that are consistent with the experimentally observed critical concentration of cardiolipin required for polar localization of ProP. -- VV

Biophys. J. 94, 10.1529/biophysj.107.126920 (2008).