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          當真蟾蜍遇到假蛤蟆 3D打印助力生物學野外研究
          來源:科學網   發布者:ailsa   日期:2018-04-25   今日/總瀏覽:5/5303

          圖片來源:ALEX MUSTARD

          當第一場雨到達哥斯達黎加西北部的森林時,上百只黃色蟾蜍在此聚集,度過一個緊張而短暫的繁殖季節。不過,今年將有一小部分被稱為“機器人蟾蜍”的入侵者加入它們的行列。這些機械化的兩棲動物——在實驗室中通過3D打印獲得——或許有助于揭示真正的蟾蜍不同尋常的求偶儀式背后的秘密。而這只是3D打印動物開始揭示的諸多秘密之一。

          “3D打印正在真正提出我們作為野外生物學家所能問的問題。”10年來一直和Stéphanie Doucet研究蟾蜍的Daniel Mennill表示。兩人均是加拿大溫莎大學行為生態學家。

          若干年前,這對夫婦發現,在繁殖季節(持續不到1天),雄性蟾蜍會改變顏色,從正常的暗棕色變為引人注目的檸檬黃。利用手工制作的黏土模型,他們闡明了個中原因:向黃色的短暫轉變幫助雄性蟾蜍辨別出仍保持棕色的雌性。但如今,該團隊想弄清楚雌性蟾蜍如何在顏色類似的雄性中間作出選擇。這是一項利用原始黏土模型很難完成的任務。

          讓“機器人蟾蜍”進入。這些“蟾蜍”由Mennill和Doucet的研究生Lincoln Savi創建。在計算機軟件的幫助下,從一些照片上被掃描進來后,它們被精心雕刻成非常恰當的形狀和紋理。Savi 3D打印了若干副本并將它們涂成雄性蟾蜍的樣子,其中一些是亮黃色的,還有一些是暗黃綠色的。發動機使這些模型隨機地四處移動,從而產生它們是活體生物的假象。在“機器人蟾蜍”的助力下,該團隊不再需要雕刻單獨的黏土模型,或者奮力為它們涂上研究所需的精確顏色。

          當降雨開始時,該團隊會設置一個含有兩只顏色深淺不同的3D打印雄性蟾蜍的區域,并且觀察野生雌性蟾蜍會選擇哪一只。短暫的繁殖窗口意味著時間很緊張。Mennill介紹說,該團隊已經到了哥斯達黎加的野外。“坐在那里盯著天空,然后等待第一場降雨的到來。”

          而在加拿大,卡爾頓大學生物學家Grégory Bulté正利用3D打印回答一個困擾了他十多年的問題。Bulté研究的是北部地圖龜。這種龜雌性的身長可達雄性的兩倍。Bulté想知道,雄性龜是否可能被體型較大的雄性吸引。但這種烏龜易受驚嚇的特質以及在湖底交配的事實,使對它們的觀察變得非常棘手。

          Bulté團隊打印了兩個除大小外其他所有方面都相同的雌性龜3D模型,并將它們放置在湖床上相隔1米的地方。同時,他們支起攝像機,以記錄野生雄性龜作出何種反應。正如預測的那樣,雄性龜試圖更加頻繁地同較大模型交配。研究人員在日前出版的《動物行為》雜志上報告了這一發現。Bulté表示,在此類研究中利用活體動物會引入一系列很難控制的其他變量。例如,其中一只動物可能同雄性存在“血緣”關系,而這會影響他的選擇。相反,3D打印“幾乎是一個理想的系統”。同時,多個副本可被相對廉價地打印出來。這與過去的時代有很大差別。以前,研究團隊需要藝術家或者剝制師創建每個單獨的模型。

          美國伊利諾伊大學香檳厄巴納分校鳥類學家Mark Hauber認為,3D打印正在使科學家得以在更加精細的尺度上創建模型。Hauber研究一種被稱為孵育寄生的行為,即鳥類在其他物種的巢穴中生蛋并且使不知情的“養父母”撫養它們的后代。此前,研究人員通過將寄生蟲卵的石膏和木材模型放到巢穴中研究宿主鳥類的反應。不過,利用3D打印,Hauber團隊創建了看上去更加真實的燕八哥蛋。這使其團隊得以分析大小僅有幾毫米之差的變動是否影響旅鶇將寄生蟲卵扔出巢穴的決定。

          Hauber表示,利用這些新的模型還意味著人們能簡單地復制試驗。他讓鳥蛋的數字模型可在網上免費獲取,因此任何人都能打印自己的副本并且重復此項研究。

          不過,利用3D打印的研究組仍舊很少。研究捕食者如何對入侵蜥蜴作出反應的天普大學生態學家Jocelyn Behm表示,這或許是因為初學者有懼怕心理。Behm并未將活的外來物種帶入生態系統,而是利用了3D打印模型。為幫助其他研究人員,Behm上個月在預印本服務器bioRxiv上分享了自身經歷。“我以前真的以為3D打印很難,然而一旦學會了它,便意識到并沒有那么難。”Behm說。Bulté則表示,利用該技術的關鍵是合作。“如果人們不相互交流,那么他們可能認為該技術很難理解,但事實并非如此。”

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