中興大攜手國內外團隊 推論遠古牙蟲行為與演化

記者蕭宇廷／臺中報導

透過特殊選才進入中興大學昆蟲學系就讀的胡芳碩，僅3年多便完成學業並發表10餘篇國際期刊論文；目前正於丹麥攻讀博士學位。近期，他與中山大學生物科學系、興大物理學系，以及德國耶拿大學、萊布尼茨生物多樣性變化分析研究所等跨國團隊合作，深入探究水生甲蟲牙蟲的游泳行為與體型演化，成果發表於《英國皇家學會會報B (Proceedings of the Royal Society B) 》。該研究首次提出「遠古牙蟲游泳演化推論」，並透過生物力學原理闡明身體形態與游泳策略間的因果關係，為水生昆蟲游泳行為與演化研究提供重要拼圖。

牙蟲是一類棲息於水中的甲蟲，部分物種具備游泳能力。研究團隊發現，牠們主要展現兩種對比鮮明的泳姿，有些如流線型的貝牙蟲，會將身體翻正、以狗爬式前進；另一些如半球型的球牙蟲，則在倒立狀態下以中足仰泳。這兩類物種分別對應開放水域與水草密集區的棲地，顯示游泳方式與環境適應密切相關。

而該研究的一大突破，在於引入生物力學分析、來解釋這些行為與形態間的功能連結。興大教授紀凱容指出，採用仰泳的球牙蟲因具有半球型身體，能在中足交互擺動時維持姿態穩定、減少能量損耗；同時也有助於提升機動性。

使用狗爬式游泳的貝牙蟲，則體型較細長並接近流線型，不但有助翻身、且能快速推進，以因應開放水域中的捕食壓力。

研究團隊進一步運用分子演化證據及顯微斷層掃描分析，發現這兩類牙蟲皆有一處特殊骨化結構，可避免游泳時身體變形，推測該結構來自共同祖先。這意味牙蟲不同游泳模式均由共同祖先獨立演化而來、再各自發展出不同的適應策略。

研究也顯示，生物力學不僅能解析昆蟲的運動機制與原理，更能提供行為與演化推論的實證支持，彌補生物形態或分子演化證據難以說明的機制缺口。

團隊更指出，該類比較生物力學研究所揭示的運動機制法，有望應用於仿生小型水下載具的推進設計，開創「從昆蟲行為到機械設計」的新方向。論文連結：https://doi.org/10.1098/rspb.2024.3093。