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人類採取雙足運動(Bipedal)在演化的假說及構造優勢-Review性讀書心得報告

本文為科學論文寫作之讀書心得報告原文,適合具一定生物學基礎的人閱讀。 日後將會將改寫成科普形式。 雖然不是甚麼正式發表的文章,內容也沒甚麼原創性,但是內容引用請連結回原文獻,本文原創性說法、整合、結論、壁報請標註本部落格 原文壁報 人類採取雙足運動(Bipedal)在演化的假說及構造優勢 B042010043唐乃禹 一、摘要         在哺乳類動物中,能夠維持站立並以雙足行走的動物數量對少,大部分的靈長類都能站立行走,但是只有人類可以長時間站立行走,因此許多學者對於人類祖先是如何演化成雙足行走提出了基於各種觀點的演化假說,本文將回顧各種理論。 二、前言         在靈長類中,只有人類能夠長時間站立行走[1],人類祖先演化成高智能生物主要的原因是因為使用工具,使用工具使得資源更加容易取得並且節省能量,使人類祖先可以將能源投資在其他地方。而可以使用工具和人類祖先可以在站立姿勢進行大多數的活動關係相當密切,以此觀點立足的演化假說便紛紛被提出[24]。稀樹草原理論是基於氣候變遷導致植被改變的觀點所提出的[3]。進食姿勢假說及供給養育模式是基於雙足運動空下雙手後的優勢所提出[4][6][7],威脅模式是基於雙足運動造成體態上的改變的優勢[8],體溫調節模型是基於站立後的生理優勢所提出[9],而在21世紀後學者所提出來的新假說會基於較多觀點來提出理論,如涉水模型是考量站立後的體態優勢以及根據現生靈長類行為、人類生理特徵所提出[10],耐力運動假說是基於認同體溫調節模型並且分析人類的身體運動優勢及行為後所提出[11]。 三、早期理論         (一) 稀樹草原理論Savanna-based theory                 此理論是基於Elisabeth Vrba[2]所建構的氣候週期變動理論,該理論敘述地球會隨著生物、天文、洋流等因素,使生態不斷變動,Dart 基於此環境理論在1925年提出稀樹草原理論[3],認為靈長類本來...

脊椎動物觀察:標本製作-雞

  最後一堂普生實驗課,要做的是將一隻脊椎動物吃的乾乾淨淨,然後在把他的骨頭拼起來。教授一開始開出的菜單有:雞、魚、青蛙,而我們選擇雞。雞的樣本來自costco烤雞,有頭,但沒有跗蹠骨及腳趾(雞爪)。 前視圖    使用工具 1.解剖刀 2.雕刻刀 3.鑷子 4.強力膠 5.鐵絲 6.竹筷 7.雙氧水(35%&50%) 8.噴瓶 9.吹風機 骨骼製作: 1.去肉漂白 我們在吃完雞之後,將其骨頭分類,變直接泡入雙氧水內,使其肌肉蛋白質被氧化而鬆弛,泡至隔天,我們變將其撈出來,使用解剖刀、雕刻刀、鑷子,將其殘餘的肉去除。重複泡雙氧水、去肉、噴雙氧水、去肉的動作,直到其乾淨為止。 2.組裝 將漂白去肉完成的骨頭使用吹風機吹乾,接著依照文獻所製做的模型,將分離的骨頭一一接上,脊椎骨使用鐵絲將其串起來,胸腔的部分使用竹筷來加強固定,其於部分使用快乾膠黏著,依照其軟骨位置,組裝成型。 俯視圖 側視圖(標示骨骼) Bird Skull Collection(2014)(accessed on 2016/1/17) How-to-wiki(2008)Make a Chickensaurus Skeleton(accessed on 2016/1/17)

四、解剖前的了解-鳥類解剖歷史與方法

鳥類解剖歷史        關於鳥類的解剖學,一直以來學者們都只有研究各種鳥類局部的肌肉、骨骼和神經等。直到V icq d'azir 在 1772~1778 年間發表了幾篇重要的整合性論文,並介紹了肌肉的命名來源及方法,使鳥類解剖文獻更完整。其後 Meckel(1825) 、 Owen(1835) 、 Klemm(1864) 等人也陸續發表數種鳥類的肌肉結構論文,使鳥類歷史發展更多元。 近代 Hudson (1937) 收集了 18~19 世紀的幾位學者所做的研究,出版 Studies on the muscles of the pelvic appendage in birds 一書 ,將鳥類主要肌肉的分布狀況、外型及特徵詳細地統整。我們所參考的文獻就是 Holmes (1963 ) 根據 Hudson 的統整再進行更細部的研究後所繪製的雞腿解剖構造圖。 Holmes的解剖 方法                 E. Bruce Holmes (1963 )曾調配由乙醇,甘油(或丙二醇),福馬林所組成的防腐液(比例如圖)注入主要的肌肉塊,這種防腐液的優點除了有很好的保存作用外,樣品不會有福馬林的刺激性氣味,且能夠柔韌組織。  Holmes 通常同時解剖兩個到三個樣本,並比對前人的研究,如此便可減少因個體差異或操作失誤所造成的誤差,肌肉較小的部分則用解剖顯微鏡觀察。

雞腿的肌肉-形態與功能-雞腿解剖

    學期到了尾聲,而我們的專題也從只有方向變成了有理有序的報告(儘管漏洞百出)。此文結合各部分文章超連結。 這是我們最後實際的ppt配合口頭報告,其資料量較大的內容及動畫,請至部落格上觀看。 觀看動畫模擬請點此 一、動機-仿生機械-從雞腿解剖開始 二、甚麼是仿生?仿生機械又是甚麼? 三、仿生干解剖甚麼事阿?要了解甚麼? 四、解剖前的了解-鳥類解剖歷史與方法 五、解剖前的了解-雞肉命名的規則 六、實際解剖 七、結果呈現 1.總覽 2.外側肌肉 3.內部肌肉 4.內側肌肉 5.肌肉結抗  6. 動畫模擬:走路/跳躍 八、討論 參考文獻: 1. Alexander (2004) J Anat. 204 (5) : 321–3302 . 2.Falkinghama & Gatesy(2014) Proc Natl Acad Sci 111 (51) : 18279–18284 3. 3.Holmes (1963) Univ Kanasa Publ us Nat Hist 12 (9) : 363-474 4. 4.Hudson (1937) Am Midl Nat 18 (1) : 1-108 5. 5.Anthony & Lucia (2001) Auton Robot. 11 : 221-226 6. 6. Fratzl(2007) Inter Face15 (4) : 637-642 . 7. Breslow  (2009) J Bio Che   284 : 1337-1342. 8.Samuel et al(1843) First-book of natural history:Prepared for the use of schools and colleges.840.pp. 9.Colville & Bassert(2015)Clinical Anatomy and Physiology for Veterinary Technicians. 637.pp.

八、討論

模擬上的缺失 我們模擬的動畫有些部分不真實: 1.爪部有明顯的不協調,當其抬起時,因該會自然放鬆而垂下 2.爪部著地時,其爪部會受力而張開。 3.腿沒有外翻及內收。 而造成這些結果的原因為: 1.只考慮主要做功的肌肉,沒考慮平衡用的肌肉。 2.動畫製作技術不佳,無法製作細緻的動作 推測實物模型 若使用我們目前的資料去建構機械的話,在平面上可行走,但是要是在真實的野外行走或是讓其受力,一定會不平衡而摔倒其原因為: 1.其腿部肌肉共有42條,而我們實際上考慮的只有20條,忽略了許多平衡用的肌肉,以及連接肌肉間的協調性肌群。 2.缺乏活體測試,以提供其實際施力大小、力矩、角度、作功量及時間等數據,無法建構物理引擎。 雙足類 bipadalism 為了討論我們模型上的缺失,我們查群了bipadalism(雙足類)的相關資訊。 人類、鳥類、部分靈長類、袋鼠、部分蜥蜴及蟑螂(在跑步狀態下),是使用後肢進行跑步與行走的生物,其移動模式稱之為bipadalism(雙足類) 雙足類在跑步和走路時,其兩隻腳以半個週期差運行,若其週期差小於0.5,則會認為是跳躍性移動(比如麻雀)而雙足步行的步間距和脛骨有特定關係,以人類來說步間距約是小腿(脛骨)長的0.54。 以人類為例 人類的步間距大至從0.2~0.73,當其為0.2時,是以非常緩慢的速度行走,反之0.73時是快步行走。 而雙足類的移動速率在經過Alexander RM.(2004)的研究發現,其和身體質量及基礎代謝率成線性關係: 代謝率/體重 = A +B(速度) A和B根據物種,有不同的常數,因此若我們可以得知此生物的活體體重及代謝率,即可求出其移動速率,並根據其移動速率及步間距和脛骨比,來更加完善的模擬。 結論 若要製造出更加精密的仿生機械,對於其細小肌肉的平衡協調功能必須要分析清楚。 解剖確實可以有效了解肌肉的構造和功能,但若要實際模擬其動作,必須要觀察及測試活體 ,才可得到更精確的結果。

花的解剖

朱槿的解剖:                                                                                                                                                       花瓣的集合詞:花冠  (corolla)                                                     萼片的集合詞:花萼  ( calyx ) 完全花是指一朵花同時具有花萼、花冠 、雄蕊和雌蕊四個部分,若缺少任何一部 分 , 就 稱為不完全花。 上位花 ( Epigynous flower):  花瓣和花萼著生於在子房上方的花 。 下位花 ( hypogynous flowers ):  花瓣和花萼著生於在子房下方的花 。 子房上位花(superiors ): 子房長在花瓣和花萼上方的花 。 ...

六、實際解剖

地點: 普生實驗室 器材: 解剖剪、解剖刀、鑷子、手套、托盤、相機、腳架、雞腿                              我們一共解剖了4次共6隻雞腿 ,每次約5~6小時 ,一人主刀 ,一人幫忙輔助 ,一人操控器材並 拍攝 ,每次輪流  : 第一次是練習 , 並試著依文獻位置解剖(雞腿散花) 。 第二次是生雞腿全肌肉解剖 , 及生雞腿與熟雞腿的比對 ,比較兩種雞腿在解剖上的差別和形 態上的差異 。 兩者的差別為   : 1.肌肉的牽動   : 熟雞腿肌肉組織被破壞無法受力變形 。 2.肌肉的辨識   : 熟雞腿肌肉束收縮 ,以致肌肉變小 ,且 無法辨識肌肉群 。 3.脂肪組織 (在雞腿肉外的肌肉膜)  :  熟雞腿肌肉外的肌肉膜消失 ,較容易用刀子劃開 。 而生雞 腿 肌肉則否 。 第三 、四 次節剖是功能上面的驗證與測試 ,以做出動畫並模擬動作 。                                                                                         我們下刀的位置 :                            ...