『臺博新知』：仿生蝙蝠（一）：具特殊功能的暗夜飛行者

歐陽盛菊／國立清華大學工業工程與工程管理研究所碩士

歐陽盛芝／國立臺灣博物館

賴婉婷／國立臺灣博物館研究組

蝙蝠是夜行性動物，也是唯一能飛行的哺乳動物，具有薄而堅韌的皮質翼膜連結四足和尾巴，指骨特化伸長，前足拇指和後足各趾均有可抓握的爪，胸骨類似鳥的龍骨突有利胸肌運動，擁有超強聽力，可在暗夜快速飛行、並急速轉彎，翅膀除飛行外，有捍衛、隱藏、求偶展示、游泳、或圍捕獵物等60種功能。牠們屬於脊索動物門（Chordata）哺乳綱（Mammalia）翼手目（Chiroptera），分布幾乎遍及全世界，通常群聚生活，數量可高達百萬隻，主要棲息於洞穴、樹洞、或森林。

蝙蝠能以回聲定位在暗夜飛行時區辨物體和定位導航（繪製者：黃正文）。

大蝙蝠亞目（Megachiroptera）稱為食果蝠，體型較大，多取食水果；小蝙蝠亞目（Microchiroptera）稱為食蟲蝠，體型較小，除了吃昆蟲外，還有植食性、肉食性和吸血性等多樣化食性。世界上最大的蝙蝠是鬃毛利齒狐蝠（Acerodon jubatus），又名菲律賓果蝠，翼展1.5-1.7公尺；體型最小的是凹臉蝠（Craseonycteris thonglongyai），體長只有3.3公分。

蝙蝠是生態系的重要成員，食果蝠能幫助開花植物授粉和傳播種子，例如墨西哥的龍舌蘭花，僅靠吸食花蜜的南方長鼻蝠（Leptonycteris curasoae）授粉，開花模式與蝙蝠的遷移模式形成互相依存關係；非洲的猴麵包樹（Adansonia digitat）幾乎完全依賴取食果蝠授粉，若沒有蝙蝠，這些植物可能無法繁殖而滅絕。部分蝙蝠和植物形成共同演化特徵，例如花蜜長舌蝠（Anoura fistulata）的口鼻細長，下顎縮小，舌頭長達身體的150%、且具良好延展性，以便伸入細長的花朵，吸蜜時會沾染攜帶花蜜，成為長管花（Centropogon nigricans）的唯一授粉者，兩者形成互利共生關係。此外，棲息於洞穴的蝙蝠排泄物，提供許多無脊椎動物發育所需的有機質，也是富含磷的上等肥料，更能加工成稱為夜明砂的中藥材。

菊頭蝠是由特化的鼻孔發出超音波進行回聲定位（圖片來源：歐陽盛芝）。

蝙蝠的新陳代謝非常快，因為飛行消耗較多體力，會產生如活性氧、DNA複製錯誤等，容易造成身體損傷，但科學家發現牠們具有許多能快速有效修復的基因，不僅能延長壽命，並可抑制許多致命病毒，免疫系統不斷運作以防止感染，即使同時攜帶多達100種病原菌卻不會致病，包括狂犬病毒、伊波拉病毒、SARS的原型病毒、亨德拉（Hendra）病毒、立百（Nipah）病毒、MERS（中東呼吸綜合症）的原型病毒等。因此研究蝙蝠的基因組與免疫系統，或可提供人類研發抑制細胞和組織衰退損壞、抗衰老、和治療疾病的方法。

大多數蝙蝠靠聽力導航和覓食，藉由回聲判斷目標的種類，能從口鼻發出14,000-100,000 赫茲（Hz）的超音波，接觸到物體或障礙物反射回來，用耳朵接收後將訊息傳到大腦，測知環境和獵物位置，由回傳的時間判斷行進路線中物體的大小和位置等，愈接近物體或獵物、準確性愈高。部分蝙蝠例如中央狐蝠（Pteropus alecto）會使用視覺和氣味來尋找水果；但對食蟲蝠而言，聽覺和嗅覺比視覺更重要。

當數萬隻蝙蝠群聚生活在同一洞穴時，每隻蝙蝠能發出聲音溝通協調，並透過同類的聲調變化判斷情緒和狀態，並擁有固定頻率區辨自己的聲音不被擾亂，這種抗干擾能力可從充滿噪音的回聲中檢測出特定聲音，快速分析和辨別，以區別反射音波的物體是獵物還是石塊。蝙蝠具有的回聲定位和抗干擾能力等特殊功能，早已成為人類研究和仿生利用的重要對象。

以色列特拉維夫大學（Tel Aviv University）約維爾（Yossi Yovel）博士曾於2016年12月在《科學報告》（Scientific Reports）期刊發表一篇研究埃及果蝠（Rousettus aegyptiacus）語言的成果，他發現幼蝠是靠後天學習獲得語言能力，在無聲環境成長會影響其發音學習，牠們的語言是由多音節序列組成，音節間具短暫間隙，有類似語法的規律，用來吵架、爭奪食物、求偶、或爭取活動空間等，與不同的蝙蝠溝通時發出的聲音略有差異。

以色列魏茨曼科學研究院（Weizmann Institute of Science, Israel）烏蘭諾夫斯基（Nachum Ulanovsky）教授領導的團隊則於2015年1月在《自然》（Nature）期刊發表埃及果蝠腦部3D地圖的研究成果，他們專為蝙蝠設計一個頭戴裝置，透過電腦記錄其頭部在三維空間的運動，及腦部海馬區前下托的電活動，結果得知蝙蝠腦中具有甜甜圈形的環形座標系統，可自由偵測360度方位和傾斜角以定位導航，腦部細胞特化為「純方位角細胞」、「純傾斜角細胞」、及同時編碼方位角和傾斜角的「方位角×傾斜角細胞」三類型，因此能即時測知活動空間的3D地圖，快速準確飛抵目標。未來可仿生這種神經機制開發導航系統以預防空難。

（以上新聞編譯自2016年12月22日發行之Scientific Reports期刊等）

（本文由科技部補助「向大自然借鏡：生物行為的科學解密」執行團隊撰稿）

責任編輯：歐陽盛芝／國立臺灣博物館

審校：歐陽盛芝／國立臺灣博物館

日期：2017/07/25

本單元學術名稱：生物醫農＞動物學

標籤：仿生蝙蝠（一）：具特殊功能的暗夜飛行者

資料來源：

陳昭君、郭章儀、張永達。2002。蝙蝠的生態與保育。科學教育月刊，(254): 40-47。

Finkelstein, A., D. Derdikman, A. Rubin, J. N. Foerster, L. Las, and N. Ulanovsky. 2015. Three-dimensional head-direction coding in the bat brain. Nature, 517: 159-164.

Prat, Y., M. Taub, and Y. Yovel. 2016. Everyday bat vocalizations contain information about emitter, addressee, context, and behavior. Scientific Reports, 6: 39419-1-10.

延伸學習：

吳中信。2005。蝙蝠的回聲定位。科學教育月刊，(276): 11-15, 27。

蝙蝠。2017。維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%9D%99%E8%9D%A0（瀏覽日期：2017/06/23）。

Muchhala, N. and J. D. Thomson. 2009. Going to great lengths: selection for long corolla tubes in an extremely specialized bat-flower mutualism. Proceedings of the Royal Society B, 276(1665): 2147-2152.

Prat, Y., M. Taub, Y. Yovel. 2015. Vocal learning in a social mammal: Demonstrated by isolation and playback experiments in bats. Science Advances, 1(2): e1500019-1-5.