隱身or群聚？探討掠食者與遮蔽物對於腹斑蛙蝌蚪群聚行為之影響[生物小研究]

還記得此趟田野調查走進生態的世界(上)我前往野外做了一個小小的實驗嗎？這次將要分享一下我做完實驗的小小成果。這個實驗是一個有關腹斑蛙蝌蚪面對紅娘華所做的反應研究，讓我們繼續看下去吧！

生物群聚現象

在生活中我們會在冬天時會圍在一起取暖，假日時會找三五好友一起出遊，拔河時大家的力量贏得比賽。這些例子都展現了生物群聚的現象，而生物群聚現象就是一個常見的生物社會行為，這種現象能提高覓食效率、減少被補食的風險等利益，但也有可能造成資源的競爭、病原體及寄生蟲的傳染等損失。

生物的群聚現象

掠食者對群聚的影響

在存在掠食者的環境中生物通常會逃跑躲避並聚集到較大群體中，從而降低個體被捕食的機率，而這個概念也被描述為稀釋效應。

稀釋效應

假設你是一隻蛇，看到一隻單獨的青蛙，你的目標有100%在那一隻青蛙身上，但如果你看到的是剛才那單獨的青蛙跑到有5隻青蛙的地方聚集再一起，你的目標當然有1/6(約16.7%)的機率在那隻剛才落單的青蛙身上。對於每一隻青蛙來說，當群體的數量越大時，會被捕食的機率也就越來越小了。

遮蔽物對掠食者影響

除了群聚，還有另一個方法能夠面對掠食者，那就是躲起來。此時遮蔽物就扮演了一個重要的功能。在水中，水底的沉積物就是遮蔽物讓生物提供躲避的空間，進而降低掠食者捕食的機率。以蝌蚪為例，蝌蚪會使用落葉來作為隱蔽的地方，來避免水蠆的捕食。有實驗也發現了沉水性植物密度(金魚藻)能夠降低藍鰓太陽魚捕食水蠆的成功率。遮蔽物對許多生物來說可說是重要的存在阿。

研究開始囉！

在兩棲類中蝌蚪階段的群聚現象最為明顯，許多研究證實蝌蚪能夠感知掠食者的存在，當掠食者存在時會隱蔽自己並且活動力下降，過去研究也發現蟾蜍科的蝌蚪在存在魚類化學訊號時群聚現象更為顯著。然而，尚未有研究顯示蝌蚪在有掠食者時會選擇隱藏還是群聚來減少被捕食風險。因此我們設計了一個實驗來驗證並提出了一個假說

(1)蝌蚪群聚現象是否有躲避掠食者的功能

(2)設置落葉堆增加隱蔽的空間減少被補食風險是否還具有群聚現象

蝌蚪會為了躲避掠食者而具有群聚現象，但在有躲避物的情況下蝌蚪群聚現象會減少。

實驗物種

實驗所選擇的掠食者為大紅娘華(Laccotrephes pfeiferiae)，是最為常見捕食蝌蚪的

掠食者，體長約為4至5公分，體色成深褐色，前足特化成鐮刀形利於捕捉小型的水生生物，腹末端有特化的呼吸管可以伸出水面呼吸，通常出現在靜水區的底部。

另外我們所要實驗觀察的對象為腹斑蛙(Nidirana adenopleura)的蝌蚪。腹斑蛙蝌蚪外型上有許多褐色的點斑，體型大約在5公分以上，蝌蚪期可長達7個月甚至1年以上，棲息的區域在遍布2000公尺以下山區草澤以及靜水區域。

本實驗選擇腹斑蛙蝌蚪的主要原因為腹斑蛙蝌蚪屬於底棲型，在水域中主要生活在底部，隱藏在底部的落葉堆或是泥土表面，減少被捕食的風險，而紅娘華也比較會捕食屬於底棲型的腹斑蛙蝌蚪，因此對腹斑蛙蝌蚪的被捕食風險較大。

實驗設置

我們使用塑膠不透光容器做為實驗缸，每一個實驗缸放入兩片透明塑膠片區隔出3個區域，左右側區域為放入蝌蚪群體的刺激區，中間為測試蝌蚪選擇的測試區。最後使用攝影機擺放在實驗缸正上方。

實驗裝置設置

實際裝置的照片：

實驗流程

我們設計了一組2*2因子的實驗，每組實驗進行20次，每次實驗隨機選擇測試蝌蚪，每隻蝌蚪可以在不同組進行實驗但不能在同一組進行多次實驗，並且測量每隻實驗蝌蚪的體重。每個實驗缸裝入3公分的水，並且在刺激區一側放入5隻蝌蚪，另一側刺激區則不放任何一隻蝌蚪，實驗裝置設置在有光源的室內進行，讓刺激區的蝌蚪適應10分鐘。實驗開始我們分別設置兩種因子(掠食者/遮蔽物)

2*2因子設計

一開始我們利用透明塑膠罐子外側鑿20至30個直徑約0.5公分的小孔，在上方以鑿直徑約1.5公分的孔，放入一隻紅娘華於空罐子中並擺入測試區，並且從塑膠罐子上的小孔放入一隻體重範圍0.3至0.4公克的腹斑蛙蝌蚪讓紅娘華攻擊使攻擊掠食的訊號散發出來，同一時間放入待測試蝌蚪並且用透明塑膠罩蓋住蝌蚪放置於測試區的中央，讓蝌蚪適應10分鐘。適應期結束後拿出透明罩子讓蝌蚪自由游動並觀察蝌蚪游動的方向，利用攝影機記錄30分鐘。實驗結束後把蝌蚪及紅娘華撈出，並且進行下一個重複性實驗。

數據分析

我們透過攝影機記錄實驗的整個過程，紀錄每隻測試蝌蚪在兩邊的選擇區各別待了多久時間(單位為秒)，為了衡量蝌蚪的活動狀況，我們還記錄蝌蚪進入5隻蝌蚪選擇區的次數，蝌蚪的頭部要全部越過測試區和選擇區的界線我們才會認定蝌蚪進入或是離開選擇區。為了量化資料，我們把選擇在5隻蝌蚪待的時間除上選擇在兩邊時間的加總得出一項偏好指數。

偏好指數=(5隻蝌蚪選擇區時間)/[(5隻蝌蚪選擇區時間)+(0隻蝌蚪選擇區時間)]

只要指數大於0.5表示蝌蚪對於5隻蝌蚪的區域有較大的偏好，反之指數小於0.5表示蝌蚪對於5隻蝌蚪的區域沒有特別偏好。最後我們將量化的指數進行Two way ANOVA，比較掠食者因子和遮蔽物因子有沒有顯著差異以及有沒有顯著的交互關係。

實驗結果出來啦

在實驗中發現無紅娘華時蝌蚪更偏好群聚再一起而不是單獨再一起(F=4.814,P=0.03129)，當底部有落葉堆積時，蝌蚪的群聚偏好指數顯著降低(F=27.483,P=1.38e-06)。

紅娘華/落葉的蝌蚪偏好指數比較

我們還發現有無紅娘華這個因子和有無落葉堆這個因子具有交互關係(F=9.851,P=0.00242)。

紅娘華及落葉交互作用圖

從蝌蚪的活動狀況來看，在有紅娘華時蝌蚪進入5隻蝌蚪選擇區的次數顯著低於沒有紅娘華的情況(F=5.261,P=0.02457)。當底部有落葉堆積時，蝌蚪進入5隻蝌蚪選擇區的次數明顯降得更低(F=17.047,P=9.261e-05)

紅娘華/落葉的蝌蚪進入5隻蝌蚪選擇區次數比較

討論

當生物遇到掠食者時的反應各不同，生物可能會利用逃跑、躲藏、群聚等方式面對掠食者。這項研究中腹斑蛙蝌蚪在沒有掠食者紅娘華的情況下，群聚現象最為明顯，但有紅娘華出現時群聚現象消失了，這不符合先前預期的假說，有掠食者時群聚現象更明顯。我們猜測在沒有掠食者的情況下，腹斑蛙蝌蚪會有群聚的習慣以面對未來的掠食者，進而達到稀釋效應。在掠食者出現時，群聚現象降低了，因此我們推測如果掠食者馬上出現時，蝌蚪無法及時選擇群聚，因此選擇靜止不動，但這樣的猜想需要進一步的驗證蝌蚪在遇到掠食者時會選擇不動。

在沒有掠食者的情況下，當周圍有落葉堆等遮蔽物時腹斑蛙蝌蚪的群聚現象也消失了，我們發現腹斑蛙蝌蚪會優先選擇在遮蔽物上躲避未來掠食者的攻擊而不是群聚。像紅娘華這樣的掠食者是透過視覺以及水的波動來尋找獵物的，因此腹斑蛙蝌蚪可以利用自身的體色躲避到落葉堆中來達到隱蔽的效果。但我們無法確定蝌蚪選擇遮蔽物真的是因為避免掠食者的攻擊，或許有可能是因為遮蔽物上有較豐沛的食物來源而選擇游到遮蔽物上。

• 群聚：在沒有掠食者時，蝌蚪偏好群聚
• 躲藏：在沒有掠食者時，但有遮蔽物時，蝌蚪優先選躲藏
• 靜止不動：在有掠食者時，蝌蚪選擇靜止不動

最後結論，透過掠食者和遮蔽物因子對蝌蚪進行群聚偏好的實驗，我們從結果知道腹斑蛙蝌蚪確實有群聚現象但前提是在沒有掠食者以及遮蔽物時才會發生。如果掠食者出現時腹斑蛙蝌蚪的群聚現象則會消失，但還需要進一步證明蝌蚪是否是選擇靜止不動。這樣的發現讓兩棲類的社會群聚機制有了更深入的了解，這項實驗也對掠食者與獵物之間的交互關係有了新的見解。針對蝌蚪如何偵測掠食者，是透過視覺還是化學訊號等等？在未來研究可以進一步的去驗證，這會是一個值得研究的問題

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