圖片來源：ALEX MUSTARD
當(dāng)?shù)谝粓?chǎng)雨到達(dá)哥斯達(dá)黎加西北部的森林時(shí)，上百只黃色蟾蜍在此聚集，度過一個(gè)緊張而短暫的繁殖季節(jié)。不過，今年將有一小部分被稱為“機(jī)器人蟾蜍”的入侵者加入它們的行列。這些機(jī)械化的兩棲動(dòng)物——在實(shí)驗(yàn)室中通過3D打印獲得——或許有助于揭示真正的蟾蜍不同尋常的求偶儀式背后的秘密。而這只是3D打印動(dòng)物開始揭示的諸多秘密之一。
“3D打印正在真正提出我們作為野外生物學(xué)家所能問的問題。”10年來一直和Stéphanie Doucet研究蟾蜍的Daniel Mennill表示。兩人均是加拿大溫莎大學(xué)行為生態(tài)學(xué)家。
若干年前，這對(duì)夫婦發(fā)現(xiàn)，在繁殖季節(jié)（持續(xù)不到1天），雄性蟾蜍會(huì)改變顏色，從正常的暗棕色變?yōu)橐俗⒛康臋幟庶S。利用手工制作的黏土模型，他們闡明了個(gè)中原因：向黃色的短暫轉(zhuǎn)變幫助雄性蟾蜍辨別出仍保持棕色的雌性。但如今，該團(tuán)隊(duì)想弄清楚雌性蟾蜍如何在顏色類似的雄性中間作出選擇。這是一項(xiàng)利用原始黏土模型很難完成的任務(wù)。
讓“機(jī)器人蟾蜍”進(jìn)入。這些“蟾蜍”由Mennill和Doucet的研究生Lincoln Savi創(chuàng)建。在計(jì)算機(jī)軟件的幫助下，從一些照片上被掃描進(jìn)來后，它們被精心雕刻成非常恰當(dāng)?shù)男螤詈图y理。Savi 3D打印了若干副本并將它們涂成雄性蟾蜍的樣子，其中一些是亮黃色的，還有一些是暗黃綠色的。發(fā)動(dòng)機(jī)使這些模型隨機(jī)地四處移動(dòng)，從而產(chǎn)生它們是活體生物的假象。在“機(jī)器人蟾蜍”的助力下，該團(tuán)隊(duì)不再需要雕刻單獨(dú)的黏土模型，或者奮力為它們涂上研究所需的精確顏色。
當(dāng)降雨開始時(shí)，該團(tuán)隊(duì)會(huì)設(shè)置一個(gè)含有兩只顏色深淺不同的3D打印雄性蟾蜍的區(qū)域，并且觀察野生雌性蟾蜍會(huì)選擇哪一只。短暫的繁殖窗口意味著時(shí)間很緊張。Mennill介紹說，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)到了哥斯達(dá)黎加的野外。“坐在那里盯著天空，然后等待第一場(chǎng)降雨的到來。”
而在加拿大，卡爾頓大學(xué)生物學(xué)家Grégory Bulté正利用3D打印回答一個(gè)困擾了他十多年的問題。Bulté研究的是北部地圖龜。這種龜雌性的身長(zhǎng)可達(dá)雄性的兩倍。Bulté想知道，雄性龜是否可能被體型較大的雄性吸引。但這種烏龜易受驚嚇的特質(zhì)以及在湖底交配的事實(shí)，使對(duì)它們的觀察變得非常棘手。
Bulté團(tuán)隊(duì)打印了兩個(gè)除大小外其他所有方面都相同的雌性龜3D模型，并將它們放置在湖床上相隔1米的地方。同時(shí)，他們支起攝像機(jī)，以記錄野生雄性龜作出何種反應(yīng)。正如預(yù)測(cè)的那樣，雄性龜試圖更加頻繁地同較大模型交配。研究人員在日前出版的《動(dòng)物行為》雜志上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。Bulté表示，在此類研究中利用活體動(dòng)物會(huì)引入一系列很難控制的其他變量。例如，其中一只動(dòng)物可能同雄性存在“血緣”關(guān)系，而這會(huì)影響他的選擇。相反，3D打印“幾乎是一個(gè)理想的系統(tǒng)”。同時(shí)，多個(gè)副本可被相對(duì)廉價(jià)地打印出來。這與過去的時(shí)代有很大差別。以前，研究團(tuán)隊(duì)需要藝術(shù)家或者剝制師創(chuàng)建每個(gè)單獨(dú)的模型。
美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳厄巴納分校鳥類學(xué)家Mark Hauber認(rèn)為，3D打印正在使科學(xué)家得以在更加精細(xì)的尺度上創(chuàng)建模型。Hauber研究一種被稱為孵育寄生的行為，即鳥類在其他物種的巢穴中生蛋并且使不知情的“養(yǎng)父母”撫養(yǎng)它們的后代。此前，研究人員通過將寄生蟲卵的石膏和木材模型放到巢穴中研究宿主鳥類的反應(yīng)。不過，利用3D打印，Hauber團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了看上去更加真實(shí)的燕八哥蛋。這使其團(tuán)隊(duì)得以分析大小僅有幾毫米之差的變動(dòng)是否影響旅鶇將寄生蟲卵扔出巢穴的決定。
Hauber表示，利用這些新的模型還意味著人們能簡(jiǎn)單地復(fù)制試驗(yàn)。他讓鳥蛋的數(shù)字模型可在網(wǎng)上免費(fèi)獲取，因此任何人都能打印自己的副本并且重復(fù)此項(xiàng)研究。
不過，利用3D打印的研究組仍舊很少。研究捕食者如何對(duì)入侵蜥蜴作出反應(yīng)的天普大學(xué)生態(tài)學(xué)家Jocelyn Behm表示，這或許是因?yàn)槌鯇W(xué)者有懼怕心理。Behm并未將活的外來物種帶入生態(tài)系統(tǒng)，而是利用了3D打印模型。為幫助其他研究人員，Behm上個(gè)月在預(yù)印本服務(wù)器bioRxiv上分享了自身經(jīng)歷。“我以前真的以為3D打印很難，然而一旦學(xué)會(huì)了它，便意識(shí)到并沒有那么難。”Behm說。Bulté則表示，利用該技術(shù)的關(guān)鍵是合作。“如果人們不相互交流，那么他們可能認(rèn)為該技術(shù)很難理解，但事實(shí)并非如此。”
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