生物力學助力　昆蟲少年推論遠古牙蟲游泳行為演化

記者林重鎣／台中報導

透過特殊選才進入中興大學昆蟲學系就讀的胡芳碩，僅三年多便完成學業並發表十餘篇國際期刊論文，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、中興大學物理學系、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)》。本研究首次提出「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。

本研究的一大突破，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。中興大學紀凱容教授指出：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。而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，推測此結構來自共同祖先。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。

本研究顯示，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。團隊也指出，此類比較生物力學研究所揭示的運動機制法則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

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