與「螂」共舞:臺大昆蟲學系剖析德國蜚蠊適應居家環境之優勢因子發表國際昆蟲生理學特刊

為彰顯日本弘前大學 (Hirosaki University)名譽教授正木進三 (Sinzo Masaki) 對昆蟲生理時鐘 (Insect Chronobiology) 研究之卓越貢獻,《生理昆蟲學期刊》 (Physiological Entomology/Wiley Online Library) 於 2016 年 12 月發行特刊,匯集國際昆蟲生理學家專文,以茲祝賀正木教授的九十大壽。

 

臺大昆蟲學系李後晶教授獲特刊編輯顧問 Hideharu Numata 與 Kenji Tomioka 邀稿後,偕鍾成侑博士後研究員與張俊哲教授針對「日週」 (circadian) 與「非日週」 (non-circadian) 因子的影響,探究德國蜚蠊 (Blattella germanica) 為何能適應居家環境,然而它的近緣種雙紋姬蠊 (Blattella bisignata) 卻幾乎無法越雷池一步。本篇綜合論述經審核後,近期與其他專文正式發表於特刊。此顯示昆蟲學系長期致力於昆蟲生理與生殖之研究,已獲致國際研究社群之普遍肯定。

 

相對「小強」為蟑螂的戲稱,「蜚蠊」則為蟑螂的中文專有名詞。一般在室內所看到體型較大的多為美洲蟑螂,體長約為 4 公分左右;體型較小 (約 1.5 公分) 且常見的蟑螂之一則為德國蜚蠊。

 

因它們食性和人類食性多所重疊、入侵性和繁殖性頗強、會傳播多種病原體,因此被視為害蟲。

 

李後晶教授研究團隊長期研究蜚蠊的生物時鐘,發現德國蜚蠊雄蟲能在 12 小時明暗週期頻繁轉換的環境中作到幾乎零時差的調整,而且在黑暗期對光線的短暫干擾較無明顯的反應。

 

相反地,雙紋姬蠊雄蟲對光暗週期顛倒的適應力頗差,需調整三天之久,加上在黑暗期對光線的短暫干擾敏感許多,削弱其維持生理時鐘恆定之調整能力。

 

雖德國蜚蠊雄蟲對光暗週期轉換之適應力頗佳,但雌蟲卻能在抱卵前一改夜行性昆蟲之屬性,不受光暗週期之制約,在日間亦有高度活動力。有趣的是,當雌德國蜚蠊的卵巢摘除後,它就不再於日間「趴趴走」,顯示卵巢可釋放遮蔽因子 (masking factors) 來阻斷生理時鐘反應光暗週期的功能。

 

然而這樣的特點則不見於雙紋姬蠊雌蟲。具昆蟲生殖發育專長的張俊哲教授表示,德國蜚蠊和雙紋姬蠊的基因體序列極為相近,卻擁有雙紋姬蠊無法合成的遮蔽因子,很可能受到表觀遺傳調控 (epigenetic regulation) – 意即遺傳密碼之序列不變,但已遭化學修飾,因此基因表現出現顯著差異。

 

另外,當德國蜚蠊與雙紋姬蠊混養時,雄德國蜚蠊與雌雙紋姬蠊行交尾之比例高達 45%,致使無效卵的比例提升,不利族群數量之擴充;然而雄雙紋姬蠊與雌德國蜚蠊誤交之案件,幾未曾在實驗室混養的飼養箱當中發現,顯示雌德國蜚蠊較同種雄蟲交尾之選擇能力具絕對優勢。加上在固定的空間當中德國蜚蠊的群聚性 (gregariousness) 較佳,對空間使用效率相對提高,使其成為居家環境之強勢昆蟲又平添另一有利因素。

 

難能可貴的是,本篇專文所闡述之論點多數皆根據李後晶教授研究團隊多年來於臺大昆蟲學系辛勤耕耘的實驗結果,顯示該系之蜚蠊生理時鐘研究已在昆蟲生理學領域佔有一席之地。

 

未來昆蟲學系將致力解開上述兩種蜚蠊差異行為的分子機制,期待繼續與「螂」共舞能為將來明瞭動物時差與克服時差做出貢獻。


德國蜚蠊 (時鐘內) 和雙紋姬蠊 (時鐘外) 雖為同屬之近源種,但前者對光暗週期變動的適應能力以及對光干擾的忍受度都明顯優於後者。這或許是德國蜚蠊能適應居家環境的優勢原因之一。(圖文:鍾成侑、張俊哲;照片來源:吳士緯)

引用來源:

http://www.ntu.edu.tw/spotlight/2016/987_20161202.html