圖片來(lái)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(guò)一個(gè)緊張而短暫的繁殖季節(jié)。不過(guò)，今年將有一小部分被稱(chēng)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(guò)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(kāi)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(wèn)的問(wèn)題。”10年來(lái)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(lèi)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(lái)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(kāi)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(shuō)，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(lái)。”
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(wèn)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(lèi)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(lái)。這與過(guò)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(niǎo)類(lèi)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(chēng)為孵育寄生的行為，即鳥(niǎo)類(lèi)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(guò)將寄生蟲(chóng)卵的石膏和木材模型放到巢穴中研究宿主鳥(niǎo)類(lèi)的反應(yīng)。不過(guò)，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(chóng)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(niǎo)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(guò)，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(lái)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(méi)有那么難。”Behm說(shuō)。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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