跳高的世界冠軍～沫蟬

跳高的世界冠軍～沫蟬
國立高雄師範大學生物科技系 許惇偉助理教授

歷史上政局的動盪，往往會伴隨著思想創見的激盪與興起。英國在 1640 年由君權集中至 1688 年確立君主立憲制期間，連串的內戰、王權復辟等衝突讓當時的學者在躲避政治問題的同時有了更多接觸的機會。

那時的牛津群賢畢至，有闡述天賦人權聞名的哲學家約翰洛克(John Locke，1632-1704)、承襲培根(Francis Bacon， 1561-1626)的科學啓蒙精神，利用實驗來理解氣體特性的科學家波以耳(Robert Boyle，1627-1691)，還有波以耳的得力助手虎克(Robert Hooke 1635-1703)等人都聚集于此。

波以耳與虎克兩人于 1655 至 1668 年間，假牛津大學大學學院(University College，創建于1249年，是牛津大學歷史最悠久的學院)，進行了一系列探究氣體特性的實驗，在以創意與巧手出名的虎克幫助下，波以耳定律被推算出來。在此同時虎克的巧手也沒歇著，他組裝了全世界第一架顯微鏡，並開始探索肉眼不易觀察的微小生物，甚至提出了生物最基本組成單元是細胞的劃時代看法。

圖一、虎克筆下的跳蚤 (引用自牛津大學圖書館圖庫)

1665 年虎克將其顯微鏡下看到的世界集結成書，在這本名為《微物圖解》(Micrographia)的經典中，虎克揭露了許多微小生物構造上種種驚人的纖毫巧妙，其中最出名的一張圖是虎克手繪的跳蚤(圖一)。虎克第一次看到鏡頭下跳蚤驚人的長腿與細毛，曾忍不住讚嘆這種精巧是超越藝術而直追信仰層次的美。跳蚤何其有幸，竟得大師為其留下第一張名垂千古的精緻素描與讚美。

說到善於跳躍的動物，相信大部份的人腦海裡會閃過羚羊青蛙或是蚱蜢。根據英國自然史博物館的觀察紀錄，以絕對距離來說，紅袋鼠以三米一奪得跳高冠軍，而跳遠則由雪豹的十五米奪魁。

但大小動物同場競技並不公平，所以若以體型量級來分的話，沒有翅膀的跳蚤由於具有被虎克讚美過的強壯的長腿，所以其跳高能力一直備受注目。前人已描述過跳蚤曾有二十公分左右的跳高記錄，這相當于一個一米八的成年人可以跳上二百四十四公尺的臺北新光摩天大樓。

不過跳蚤瞬間移動的細節直到 1967 年才被英國科學家利用精密的攝影機仔細量測。一測之下不得了，身長只有零點一五公分左右的兔蚤(Spilopsyllus cuniculus)雖然跳耀時只有每秒鐘一點二公尺的速度，但相對其體重，其跳躍時的最高力度可以是重力加速度的一百三十五倍。相較于蚱蜢的八倍與人類的三倍，這個被虎克畫下素描的寶貝從此穩坐動物相對跳高能力的王者長達三十六年，直到被身長零點六公分，體重是跳蚤六十倍的沫蟬(Philaenus spumarius)打破為止。

圖二、布洛斯利用每秒鐘兩千次的高速相機觀察沫蟬的跳躍(Burrow， M， 2003)

我們多少都有印象。在春夏之交，爾會見到草葉間有一坨坨像是唾液的東西粘黏其上，把唾液狀東西剝開可見到裡面有縮小版的蟬，這就是沫蟬。

沫蟬有翅膀，也會跳躍，但有多會跳呢？英國劍橋大學動物系細心的科學家布洛斯(Malcolm Burrows)在 2003 年因為好奇將沫蟬放在每秒鐘可以拍攝兩千張照片的高速攝影機，仔細觀察沫蟬的跳躍模式，這一個簡單的實驗發現沫蟬跳躍時最高可到七十公分，速度可達每秒四公尺，而最高力度是四百一十四倍，足足有跳蚤的三倍，此一發現登上了自然期刊，世界跳遠冠軍正式易主。

「沫蟬滿會跳的，可是從來沒有人去測量過牠有多會跳」布洛斯說。這研究也告訴我們，觀察力加上好奇心，不需要大筆資金，也可以成就好的科學發現。

那具備沫蟬跳躍能力的一米八成年人可以跳多高呢？乍聽之下您可能會有點失望，這次大概只有兩百一十公尺高，還摸不到新光三越摩天大樓的頂。不過要記住，此時這個人體重是前一個的六十倍。

參考文獻:

1. Bennet-Clark， H. C. & Lucey， E.C.A. J. Exp. Biol. 47， 59-76 (1967).
2. Burrows， M. Nature 424， 509 (2003)

題目一、兔蚤和沫蟬跳高本事有多強？請具體說明。

回答：兔蚤身長只有零點一五公分左右，跳耀時只有每秒鐘一點二公尺的速度，但相對其體重，其跳躍時的最高力度可以是重力加速度的一百三十五倍。相較于蚱蜢的八倍與人類的三倍。
沫蟬跳躍時最高可到七十公分，速度可達每秒四公尺，而最高力度是四百一十四倍，足足有跳蚤的三倍。

題目二、發現沫蟬彈跳能力打敗兔蚤的科學家布洛斯(Malcolm Burrows)，他是怎麼發現的？

回答：布洛斯(Malcolm Burrows)在2003年因為好奇將沫蟬放在每秒鐘可以拍攝兩千張照片的高速攝影機，仔細觀察沫蟬的跳躍模式，這一個簡單的實驗發現「沫蟬滿會跳的，可是從來沒有人去測量過牠有多會跳」布洛斯說。

沐蟬(作者提供)