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鳴蟲特展

 

特展簡介

  「聽我把春水叫寒,看我把綠葉催黃…」這首大家耳熟能詳的民歌「秋蟬」,唱出了大自然中的生命律動與季節變幻。但是你是否想過,這些以歌聲點綴繽紛世界的昆蟲,到底生活在什麼地方?長得什麼模樣?又為什麼而鳴唱呢?即日起在國立自然科學博物館推出的《鳴蟲特展》,透過精彩有趣的影音、動畫及互動式遊戲等,深入淺出地從科學、文化及藝術等層面介紹鳴蟲的各項知識和與人類的密切關係,豐富的知性內容與聲光演出,堪稱為今年最熱鬧非凡、卡司超強的昆蟲演唱會。

  《鳴蟲特展》展示設計特色:以環保紙板和紙箱來組合呈現

  《鳴蟲特展》是由國立自然科學博物館與國立中興大學共同策畫,除了從科學的角度介紹各種鳴蟲的種類、數量、分類、分布概況、生活史、發音機制、發音目的、聽器,以及各種有關昆蟲聲音的研究、分析等相關的科學研究現況,也從文化的角度介紹鳴蟲與人類之間的密切關係。透過有聲有色、生動活潑的展場設計,以及栩栩如生的鳴蟲模型、「促織皮影戲」節目、「鳴蟲拍拍樂」及「鳴蟲合唱團」等互動遊戲,觀眾可以融入鳴蟲的聲音世界,輕鬆學習鳴蟲的知識。

  特展中最大的特色在於所有展場的設施與看板都以環保紙板和紙箱來組合呈現,不但可減少施工污染,更有利於未來之回收再利用,亦為本館之創舉。未來鳴蟲特展更將與新聞局攜手合作,透過資源共享,於海外博物館及教育機構巡迴展示,以推廣鳴蟲文化及生態保育觀念。

   

 

什麼是鳴蟲?

  蚊子會發出嗡嗡的聲音,牠是鳴蟲嗎?雖然在昆蟲界裡有很多的昆蟲都具特殊的聲音行為,因此不是所有會利用聲音訊號進行溝通昆蟲都叫鳴蟲。

  什麼是鳴蟲呢?鳴蟲泛指會發出美妙具節奏性的聲音,且人的耳朵能聽見的昆蟲。鳴蟲主要包括蟋蟀、螽蟴、蝗蟲及蟬等。大多數的鳴蟲因聲音悅耳,因此與各民族文化間的關係非常密切。

  

  上圖:蟬的結構

 

昆蟲的聲音

  那些昆蟲具有發聲行為呢?

  聲音對許多動物來說是傳達訊息的重要語言。然而並非所有動物發出的聲音都有意義喔! 例如有些飛行、步行或取食的聲音,就不一定有特定的生物學意義。除了人類、鳥類和青蛙,昆蟲也是利用聲音傳遞訊號來進行溝通的高手。

  你知道嗎?除了我們熟悉的蟬和蟋蟀等鳴蟲外,30目的昆蟲綱中就有多達18個目的昆蟲有發聲行為的記錄。讓我們帶您進入昆蟲的聲音世界。

  昆蟲如何發音

    昆蟲種類繁多,在經過長期的演化後,昆蟲發展出多樣的發音方式,甚至同種昆蟲具有多樣的發音方式。不少昆蟲學者試著將昆蟲的發音方式進行歸類,而其中Ewing (1989) 將昆蟲的發音方式分為五類:

      1.振動發音 (vibration)

      2.敲擊發音 (percussion)

      3.摩擦發音 (stridulation)

      4.鳴膜發音 (click mechanisms)

      5.噴氣發音 (air expulsion)

    

    上圖:白線斑蚊震動翅膀發出的聲音

  昆蟲為什麼要發出聲音?

    動物利用聲音來做為溝通的語言,相當普遍,而聲音溝通的對象可能是同種其他個體,也可能是不同種類其他動物。因此昆蟲的發聲行為會隨傳送對象的不同,而昆蟲的發生有以下功能:

      1.呼喚同伴

      2.求偶

      3.危險警戒

      4.宣告領域行為

      5.防禦

      6.威嚇

      7.捕食

    

    上圖:求偶

  昆蟲有耳朵嗎?

    昆蟲的耳朵是指可接收外界震動或聲波的感覺器官。以聲音溝通的昆蟲,相對也有耳朵,以接收同種其他個體所發出求偶或警戒的聲音,甚至不同種間發出的聲音。

    不會鳴唱的昆蟲,也可能具有聽覺器官接收天敵或獵物的聲音,以逃避天敵捕食或增加搜尋獵物的機會。例如許多夜行性蛾類具有鼓膜聽器,能偵測天敵蝙蝠超音波。當蝙蝠搜尋獵物而發出超音波時,這些飛蛾接收到蝙蝠的超音波,便立刻轉向或甚至掉落,藉此逃過一劫。

     

    左圖:草蟋蟀的鼓膜聽器

    右圖:蜜蜂的聽覺毛

 

昆蟲聲音的研究與分析

  昆蟲鳴聲除了賞玩之外,在學術研究上可以做為昆蟲分類學研究的重要特徵,除藉昆蟲的聲音調查生物多樣性外,更可藉行為學研究瞭解聲音的功能和發聲構造的演化。這些相關研究,常需要分析聲音的物理特性和生物特性,甚至探討影響昆蟲聲音的環境因子等。不過,要如何在野外找到昆蟲,正確地記錄昆蟲的各種聲音,以及後續如何進行分析和研究呢?

  你聽得到所有昆蟲的聲音嗎?

    昆蟲發出的聲音不是為了讓人類聽得見,且不同種類的昆蟲會發出不一樣的音量和頻率範圍的聲音。因此,人類能聽到的聲音,必須是在人類耳朵能辨識的範圍內。一般來說,大部分昆蟲的聽覺頻率範圍較高,而人類能聽到的聲音頻率範圍較低。因此,人類是沒辦法聽到所有昆蟲的聲音的。

  鳴蟲聲音分析

    鳴蟲聲音,可以簡單地透過個人的描述,或利用特定的聲音分析儀器來分析,現在多使用電腦程式進行聲音分析。分析項目包括頻率、強度和時間,甚至能量分布等特性。

      1.人為分析

      2.儀器分析

      3.電腦軟體分析

    

    上圖:電腦軟體分析

  聲音特性

    一首好聽的歌,我們可以把它分解為小節、句子、甚至是單字來欣賞與分析。昆蟲的聲音也是一樣,利用錄音設備所錄製的聲音,可以依聲音的物理特性來進行量化與分析。我們可以從時間軸與頻率軸來看,一小段的昆蟲聲音,可以包括下列單位:

      1.脈衝

      2.唧聲

      3.脈衝率

  同種昆蟲鳴叫聲都一樣嗎?

    同種昆蟲除了因發聲目的不同,鳴叫聲會有差異外,昆蟲發出的聲音也會受到外在的環境因子和本身內在因子等的影響而產生差異。產生差異。因此,在進行聲音的錄製時,最好也能觀察和記錄周遭的環境因子和昆蟲本身的狀況。

   鳴蟲聲音的保存

     在進行鳴蟲聲音的研究時,除了聲音錄置外,鳴蟲能最好一併採集回來製成標本,以便進一步的鑑定。因此,這些取得不易的聲音資料與存證標本應在博物館中永久保存。

       1.聲音訊息的保存

       2.鳴蟲標本的保存

    

    上圖:製作中標本

 

哪些是鳴蟲?

  直翅目鳴蟲

    直翅目的目名Orthoptera是從希臘文ortho- (直的) 和- ptera (翅) 結合而來,大多數種類雄蟲具有發音器和聽器,會發出聲音以吸引雌蟲,有些螽蟴則是雌雄都能發音。不同直翅目鳴蟲的發音方式會不相同,如蝗蟲多半以腿翅摩擦發音,蟋蟀、螽蟴等則是翅翅摩擦發音

    蟋蟀

      蟋蟀種類繁多,為雜食性昆蟲,有些為農業害蟲。蟋蟀依生活習性不同,可分為地棲性、草棲性及樹棲性三類。每年秋季是蟋蟀交配與產卵期,因此常可聽見蟋蟀鳴唱聲。

    蟋蟀如何發聲?

      蟋蟀僅雄蟲會鳴叫,雌蟲不會發聲,主要發音方式為翅翅摩擦發音。發音時,雄蟋蟀頭部及前胸會向下,舉起兩翅,以左前翅基部內側增厚的彈器,摩擦右翅腹面基部以連續齒狀突起所形成的弦器,利用兩翅一張一合來回磨擦而發出聲音。不同種類蟋蟀在弦器和彈器的構造上會有差異,發出的聲音也會不一樣。

      

      上圖:翅膀摩擦發出聲音(側面)

    蟋蟀為何發聲?

      蟋蟀大多是在晚上鳴叫,聲音是蟋蟀的主要通訊方式,具同種辨識、求偶、交尾和防禦等功能。同一隻雄蟲在不同行為背景有不同曲目,一般蟋蟀的曲目大致可分成六種不同的功能:呼喚聲、求偶聲、求偶中斷聲、後交尾聲、攻擊聲和辨識聲。

  半翅目鳴蟲

    半翅目包括蟬、蚜蟲、木蝨、椿象和水黽等類群。本目種類遍佈世界各地,全世界約一百多科六萬種以上種類,其中蟬更演化出具有共鳴腔,藉此放大和調節聲音,發出響亮鳴聲。

    蟬

      蟬是除了直翅目昆蟲外最常見且聲音最響亮的鳴蟲。蟬為漸進變態,若蟲通常生活於地下,吸食根部汁液,有時為果樹及林木的害蟲,若蟲前足具開掘式,終齡若蟲會爬出地面,附著於植物體上羽化。

    蟬是如何發聲的?

      蟬大多都是利用肌肉快速收放振動鳴膜,再透過腹部共鳴發出響亮聲音。一般來說,雄蟬會發聲,而雌蟬通常不會發聲,但也有些雌蟬會以拍翅方式來回應雄蟬,不同的蟬在發音構造和聲音特性上會有各種的差異。

      

      上圖:蟬的鳴膜位置

    蟬為何鳴叫?

      雄蟬奮力的鳴唱,主要是希望吸引雌蟬青睞,而前來進行交配。不同種類的雄蟬叫聲也不一樣,雌蟬對於求偶鳴聲具有專一性,因此不會認錯!蟬鳴聲除了求偶外,也有向其它同種雄蟬宣示領域的作用,以及在遭受驚擾時發聲威嚇的防禦功能。

      

      上圖:交尾中的蟬

    神奇的「質數蟬」

      北美的13年蟬和17年蟬分別以每13年或17年出現一次的週期而聞名,又稱為「質數蟬」或「週期蟬」(Magicicada spp.)。

 

鳴蟲的演化

  大多數鳴蟲在恐龍生存的中生代已演化出來,距今超過兩億年,有些種類一直存活至今,有些則已絕滅。藉由化石及其他證據的研究,昆蟲學家得以探討鳴蟲的起源和演化。

  最早的鳴蟲

    最早的鳴蟲化石是巨翅目 (Titanoptera) 昆蟲,為已經滅絕的捕食性昆蟲,和現生的直翅類昆蟲是遠親。巨翅目昆蟲生存在兩億多年前的三疊紀 (Triassic),即鳥類出現於地球之前、青蛙剛出現的時代,由種子蕨、銀杏、蘇鐵等裸子植物形成的森林中。在澳洲發現的安氏柵巨翅蟲 (Clatrotitan andersoni) 化石前翅有14公分長,翅中央有三排明顯的彈器,可藉由摩擦發聲,跟蟋蟀和螽蟴類似,但聲音較低沉。

    

    上圖:在三疊紀澳洲發現的巨翅目昆蟲安氏柵巨翅蟲前翅化石

  最古老的蟬

    最古老的蟬是毛蟬 (Tettigarctidae),出現在中生代的侏羅紀,大約跟其他的鳴蟲如蟋蟀等同一時期。毛蟬科多數都是中生代的化石物種,曾分布在當今的亞洲、歐洲和非洲,如今僅存兩種現生種,分別分布於澳洲和塔斯馬尼亞等地,而最早會鳴叫的蟬 (Cicadidae) 化石則是出現在第三紀的古新世,距今約六千萬年前。

  唱?還是不唱呢?

    對鳴蟲來說,聲音是「談情說愛」的語言,直接影響到求偶的成敗。因此在演化上,鳴叫的品質會受到「雌性選擇」的選汰。另一方面,發聲是耗費能量的行為,如澳洲一種螻蛄 (Gryllotalpa monanka) 雄蟲在鳴叫時,耗氧量比不鳴叫時高出約14倍,甚至雄蟲也會因此曝露自己的位置,引來競爭對手甚至招來天敵,因此雄蟲在鳴叫吸引雌蟲的同時,也必須面對許多風險。

    

    上圖:雄蟲鳴聲吸引雌蟲,但也會引來天敵

  鳴蟲演化進行式

    夏威夷群島有一種蟋蟀 (Teleogryllus oceanicus),跟其他蟋蟀一樣,雄蟲會鳴唱求偶。但自從1990年代一種寄生蠅 (Ormia ochracea) 從北美洲入侵夏威夷後,就改變了這種蟋蟀的命運。寄生蠅能聽到雄蟋蟀的鳴聲找到牠們,並在蟋蟀背上產卵,孵化的幼蟲會鑽入蟋蟀體內取食而導致寄主死亡。

    90年代末期的調查發現,在可愛島 (Is. Kauai) 上有高達30%的雄蟋蟀遭到寄生,同時卻也發現了突變型雄蟲,因無法鳴叫而不會被寄生。這些沉默的突變型雄蟲雖無法唱情歌,卻會圍繞在少數會鳴叫的正常型雄蟲旁,攔截聞聲前來的雌蟲。科學家也發現,雌蟋蟀雖較喜歡會鳴叫的雄蟲,卻也接受與不會鳴叫的雄蟲交配。

    蟋蟀在短短的20個世代內,發生了如此明顯的改變,讓我們見識到演化的進行式。可愛島上的蟋蟀命運會如何?如果僅存的10%正常雄蟋蟀繼續減少,牠們會滅絕嗎? 這兩種型式的雄蟲族群會達成平衡? 還是繼續演化出另外的形態或行為來因應呢?

     

    左圖:雌蟲受鳴叫的雄蟲吸引

    右圖:鳴叫的雄蟲遭寄生蠅寄生而生亡,不會鳴叫的雄蟲反而得以生存

 

鳴蟲與人類

  昆蟲與人類的關係密切,由食衣住行至休閒生活,都和人類生活息息相關。鳴蟲具有獨特的鳴聲,更受人類矚目,例如蟋蟀和螽蟴的悅耳鳴聲,深受人類的喜愛,進而飼養賞玩;雄蟋蟀的鳴叫與打鬥行為,衍生出民間盛行的鬥蟋蟀文化;蟬蛻及蟬體所含的化學成分,成為重要的中藥材;鳴蟲的高營養價值,在某些國家,被製成各種料理,令人們食指大動。

  鳴蟲與民俗

    台灣有關於鳴蟲的民俗活動,『鬥蟋蟀』的活動可能源自早期「唐山過台灣」的移民;而『灌蟋蟀』則是台灣獨有的活動。至於養鳴蟲聽聲音則未見記載。

    灌蟋蟀

      灌蟋蟀是目前所知台灣特有的民俗文化,是早期鄉村孩童在農忙時的童玩。 這項遊戲是以大量的水將生活在土裡俗稱土伯仔或土猴的台灣大蟋蟀 (Brachytrupes portentosus)逼出地面。灌蟋蟀的過程雖然簡單,但找到蟋蟀的巢穴卻得靠經驗喔!由於台灣大蟋蟀具有挖隧道和外出覓食的習性,會在地面洞口留下土塚,灌蟋蟀便是提著水桶或水壺將水往洞裡灌,當水淹進蟋蟀家門後,蟋蟀逃竄而出,便趁此機會捕捉。近來,則使用現代產品寶特瓶來進行灌水與捕捉的工具。

      

      上圖:灌蟋蟀

    鬥蟋蟀

      台灣鬥蟋蟀文化早先盛行於台南地區,約20年前台南新化每年舉辦盛大的鬥蟋蟀比賽,傳承此一文化,近年來更吸引遊客前往參觀,已成為當地特色。當地虎頭埤更建立一座蟋蟀生態館,提供豐富的蟋蟀生態及鬥蟋蟀活動資訊。國家地理頻道還特地拍攝『黑龍過江』記錄片,向全世界介紹此一民俗文化。

      台灣鬥蟋蟀比賽主要流程:

        1.蟋蟀選擇

        2.溜蟀

        3.備戰

        4.逗弄

        5.打鬥

        6.判勝負

      

      上圖:以貓鬚逗弄蟋蟀觸角

  鳴蟲成語大測驗

    很多的成語是來自於人們對昆蟲的觀察與聯想而得,從下列的成語中,不難發現古人對鳴蟲的觀察入微與豐富想像力哦!與鳴蟲相關的成語包括:

    噤若寒蟬

      解釋:蟬嘶於夏秋,不久即死。古人不察,以為蟬到寒天,不能發聲,乃以噤若寒蟬形容不敢作聲。

    金蟬脫殼

      解釋:金蟬成蟲時要脫去殼。後人比喻用計謀脫身。

    蟬不知雪

      解釋:蟬夏天生,秋天死,看不到雪。比喻人見聞不廣。

    食用鳴蟲

      鳴蟲除了能供人賞玩之外,有些鳴蟲更能做為人類的食物。但人類對昆蟲常難脫離骯髒或噁心等負面觀感,更別提將蟲子送進嘴裡品嚐了。不過,由營養的角度來看,昆蟲無論是蛋白質、礦物質或脂肪的含量,均不輸給一般食物。

      其實,根據考古學家分析史前人類的糞便化石發現,在當時早已有以昆蟲為食的證據。無論西方或東方,從古至今皆有文獻記載昆蟲被當成食物的記錄。一直到現在,包括亞洲、澳洲、非洲與拉丁美洲等許多國家的人民,仍繼續食用各類的昆蟲,當然也包括蝗蟲、蟋蟀與蟬等鳴蟲在內。

      

      上圖:台灣炸蟋蟀

 

鳴蟲的保育與推廣

  鳴蟲是自然生態的一員,又因為鳴蟲的聲音行為,更與人類文化或生活有緊密的關聯。有些鳴蟲棲息於人類生活圈附近,有些種類則廣泛被人類所利用,雖有少數種類成了農業害蟲,但大部分鳴蟲受到人類活動的干擾或威脅,在當今生物多樣性快速消失的年代,鳴蟲的保育是個值得思考的問題。

  「保育」一詞實際上包含了對棲地或物種的保護,近來更提昇到物種或種源的保存與永續經營管理層次。依據世界自然保育聯盟 (IUCN) 的資料顯示,今日造成物種絕滅,最重要的原因是原始棲地被干擾或破壞。

  對鳴蟲來說,最大的威脅是棲地的消失與破碎化。因鳴蟲棲所和人類相近,更容易受開發環境的衝擊,如蟋蟀產卵於地下,蟬若蟲生活於地底,因此過度的水泥隔?,會阻斷其生活環,影響物種繁衍。

  在棲地保護的策略上,除了劃定野生動物保護區、自然保留區與國家公園外,避免非必要的開發並降低人為干擾,如減少農藥施用、保存都市綠帶和避免過度水泥化,對鳴蟲的生存都有很大的助益。

  另外,在永續經營的層面,合理的利用往往也是有效的保育策略。透過推廣鳴蟲這類民俗昆蟲的永續利用,以鳴蟲為旗幟種,藉此推動生物多樣性保育。鳴蟲相關民俗活動如鬥蟋蟀比賽等,可為社區文化產業帶來利益,進而促進對當地環境與資源的了解和保護,達到永續經營的目的,也同時喚醒民眾的自然生態保育意識。

  生活於地底之蟬若蟲 蟋蟀繁殖場 飼養之蟋蟀若蟲

  圖一:生活於地底之蟬若蟲

  圖二:蟋蟀繁殖場

  圖三:飼養之蟋蟀若蟲

2019 / 10 / 21 更新

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