理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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Item 翡翠樹蛙之雌雄生殖策略(2023) 鄭元誠; Cheng, Yuan-Cheng性擇(sexual selection)透過雄性競爭(male-male competition)以及雌性選擇(female choice)來影響個體的生殖成功。性擇理論預期雄性和雌性通常採取不同的生殖策略來增加自己的生殖成功:雄性會尋求較多的交配機會,而雌性則會挑選較高品質的配偶。群聚展示(lek-breeding system)的物種,雄性會聚集到特定地點進行行為或者鳴叫聲的展示來吸引雌性,雌性會在展示場(lek)中透過比較雄性的展示來挑選牠們的配偶。持久力競賽(endurance rivalry)(一種雄性之間不直接互動的競爭機制)和雌性選擇(female choice)在展示場生殖系統中是兩個重要的的性擇機制,這兩種機制造成雄性間之間的交配成功有所不同。持久力競賽指的是雄性透過提高自己在展示場的出席率來增加自己的交配機會。持久力競賽假說(endurance rivalry hypothesis)認為因為較高品質的雄性才有能力較多次數的出席展示場進行展示,雌性在隨機交配的情況下,仍然有機會跟高品質的雄性交配,因此雌性不需要有選擇性。而優良基因假說(good gene hypothesis)則認為,雌性可以透過選擇展示誇張或精緻的形態或行為特徵的雄性作為配偶來把優良的基因傳給自己的子代。因為製造身上的裝飾形態或者展示行為是耗能的,所以這些特徵能夠反映出雄性本身的品質。但在同一個物種上,雄性的持久力競賽以及雌性選擇這兩個機制對於雄性交配成功的影響很少被同時探討。此外,當雄性與雌性各自的生殖策略不同時,為了最佳化自己的利益,可能就會造成性別之間的衝突(sexual conflict)。在群聚展示的物種中,雌性會在展示場出選擇最佳的雄性來把優良的基因傳給子代。雌性如果是因為雄性的強迫,而被迫接受不偏好的配偶而造成一雌多雄交配(polyandrous mating),對雌性來說,會承受到間接遺傳上的代價(indirect genetic costs),因為牠一部分的子代將會被品質較低的雄性所受精。在這樣的狀況下,一雌多雄交配的雌性所產下的子代會有較低的適存度(fitness)。然而,一雌多雄交配可能可以提供雌性利益。其中一個適應性的假說認為,參與一雌多雄交配可以讓雌性獲得較高受精率的利益(受精保險假說)(fertilization insurance hypothesis)。雖然在一些群聚展示的物種已經發現有一雌多雄交配的行為,但針對一雌多雄交配對於雌性的利益或代價的研究還很少。因此,我以群聚合唱生殖(lek-chorusing)而且被觀察到有一雌多雄交配的行為的翡翠樹蛙(Zhangixalus prasinatus)為研究對象,探討持久力競賽以及雌性選擇對於雄蛙的交配成功的重要性,亦探討雌蛙參與一雌多雄交配是否會承受代價或者獲得利益。本研究分為四個章。在第一章,我介紹雄性以及雌性的生殖策略,當中包含雄性競爭以及雌性選擇如何影響雄性交配成功的假說,以及一雌多雄交配如何對雌性造成利益及代價的假說。在這一章,我也敘述翡翠樹蛙的生殖行為,以及本論文的研究目的。第二章,我研究持久力競賽以及雌性選擇如何共同的影響雄蛙交配成功,以及如何影響雄蛙的形態。主要的結果顯示:(1)雄蛙的展示場出席和其本身的體長大小和身體狀況有正相關,且展示場出席叫高的雄蛙有較高的交配成功,(2)雄蛙宣告叫聲的主音頻(dominant frequency)和其本身的體長大有有負相關,且叫聲主音頻較低的雄蛙有較高的交配成功,(3)雄蛙的體長大小和交配成功有不顯著的正相關,但身體狀況跟交配成功無關,(4) 雌蛙在二選一聲音回播實驗中顯示,對於較低音頻的雄性叫聲有顯著的偏好。整合來說,持久力競賽以及雌性選擇都在雄蛙的交配成功上扮演重要的角色,且這兩個機制都與雄蛙的形態特徵有關連。第二章,我研究一雌多雄交配是否對於雌蛙造成代價或者提供利益。我檢測一雌多雄交配是否造成子代的適存度降低(代價)以及一雌多雄交配是否增加窩卵的受精(利益)。主要結果顯示:(1)一雌一雄交配的窩卵和一雌多雄交配之間的窩卵之間的胚胎存活率、子代的存活、生長與發育(跟適存度相關的表現)沒有顯著差異,(2) 一雌一雄交配的窩卵和一雌多雄交配之間的窩卵之間的受精率沒有顯著差異,(3)一雌多雄交配後的窩卵具有多重父子關係(multiple paternity),且主要雄蛙(被雌性選擇的雄蛙)的子代較周圍雄蛙(未被雌性選擇的雄蛙)多。整合這些結果顯示,參與一雌多雄交配的雌蛙沒有遭受到間接遺傳上的代價,也沒有獲得受精保險的好處。而這些結果也顯示了雄蛙如果沒有被選擇成為主要雄蛙,加入已配對的交配組合成為周圍雄蛙,是一個替代性的生殖策略(alternative reproductive tactic)來獲得生殖成功。周圍雄蛙可以從一雌多雄交配中獲得利益,而雌蛙沒有從一雌多雄交配中獲得任何利益。因此,我推測翡翠樹蛙的一雌多雄交配,是由雄蛙為了獲得生殖成功而造成的。第四章,我總結本研究第二、三章的結果,並提出未來進一步對於翡翠樹蛙的性擇研究方向的建議。Item 長短牙型鬼豔鍬形蟲咬合力與打鬥行為差異(2023) 林煦翌; Lin, Hsu-Yi在動物的雄性競爭中,擁有不同武器型態的個體,可能採取特定的打鬥策略及打鬥行為使武器發揮最大功能(打鬥情境分化假說divergent fighting contexts hypothesis)。雄性鍬形蟲具有特化的大顎做為武器,大顎尺寸及咬合力經常是打鬥勝負的決定因子。不同於多數鍬形蟲大顎型態受體型影響,鬼豔鍬形蟲(Odontolabis siva)的大型個體出現長牙型(major)及短牙型(minor),因此鬼豔鍬形蟲提供了檢驗物種在體型相近的情況下,不同武器型態如何影響打鬥行為的良好案例。本研究測試打鬥情境分化假說並探討大顎型態如何影響咬合力及打鬥行為,研究預期體型相近的短牙型比長牙型有較大的咬合力,而較長的大顎則有利於鉗著對手身體並將對手拋開。研究採集鬼豔鍬形蟲野外個體,先進行異速生長分析確認型態與型值的關係,之後進行咬合力測量與體型相近配對的打鬥實驗,記錄打鬥影片各階段打鬥行為發生頻率與持續時間,利用複迴歸模型分析型態對咬合力及打鬥行為發生頻率的相關性,並以行為序列分析建立各形態組間的打鬥行為序列。結果指出,鬼豔鍬形蟲長牙型為等速生長,而短牙型為正異速生長,顯示短牙型中的大型個體對武器發育的投資比例相對身體增加。相同體型的大型個體中短牙型咬合力大於長牙型,短牙型發生纏鬥(tussle)的機率高於長牙型。長牙型傾向以鉗著頭胸(clamp-HT)的打鬥策略拋開對手,而短牙型則使用纏鬥(tussle)或鉗著大顎(clamp-M)的打鬥策略,研究結果支持打鬥情境分化假說,武器型態為特定打鬥策略的適應演化結果。Item 雄性二型雞冠細身赤鍬形蟲之異速生長與打鬥評估策略(2020) 陳震邑; Chen, Zhen-Yi雄性鍬形蟲具有誇張的大顎作為打鬥時獲取食物與繁殖資源的武器,大顎武器的形狀與大小可能會影響打鬥的行為與勝負。本研究檢測雞冠細身赤鍬形蟲(Cyclommatus mniszechi)的異速生長關係、打鬥行為序列和打鬥評估策略。首先,大顎與體型之間的異速生長關係的判定可以用來作為決定不同型雄蟲的基礎,再者,藉由行為序列分析來描述依大顎大小隨機配對與對等配對的雄蟲間打鬥的行為序列,最後,從打鬥時間(和激烈程度)與資源佔有潛力(RHP, resource holding potential)的相關性來檢驗不同評估策略(自我、累加和相互評估策略)的預期。異速生長的分析結果顯示大顎長與體長之間存在非線性正異速生長關係,且在體長(翅鞘長)為15.03毫米時為異速生長係數改變的轉折點,可以此將鍬形蟲個體分為大型與小型雄蟲。從打鬥行為序列中可以定義出九種行為單元,包含「觸碰」、「防衛姿勢」、「抬身對峙」、「攻擊」、「推擊」、「纏鬥」、「抓取1」、「抓取2」(抓取於對手胸節或腹節)以及「撤退」。大小型雄蟲具有不同的打鬥行為序列,小型雄蟲傾向持續待在相同打鬥階段(較多在同一個打鬥階段內的行為轉換),相對於大型雄蟲則較容易進入纏鬥階段。大顎長對於打鬥結果有決定性的影響,可以做為代表雞冠細身赤鍬形蟲的資源佔有潛力相關的可靠特徵。在隨機配對打鬥中,打鬥時間與勝者及敗者的大顎長有顯著正相關,顯示自我評估可能為此種鍬形蟲所採用的打鬥評估策略。在對等配對打鬥中,打鬥時間與平均大顎長有顯著正相關,進一步支持鍬形蟲採用自我評估策略。然而,雄蟲在打鬥中出現對手之間的對等行為,呈現多次但很少造成傷害的身體接觸,與單方向的行為階段進程(由低度至高度激烈且鮮少逆向的打鬥階段)。因此,雞冠細身赤鍬形蟲的打鬥可能不僅使用自我評估策略,累加與相互評估策略可能也在其打鬥決策中扮演重要角色。Item 中華珈蟌替代性繁殖策略與型值特徵的相關性(2018) 楊佾修; Yang, I-Hsiu替代性繁殖策略( alternative reproductive tactics, ARTs )是指雄性物種透過不同的形態及行為等,來增加交配成功的機會。在蜻蛉中,成熟雄性以環境資源或自體能量為依據使用不同的繁殖策略 (領域型、無領域型/徘徊型/潛行型,或是於兩者間搖擺)。在近期分化的蜻蛉,透過性擇所形成之不同繁殖策略的演化,可能加速其種化的過程。然而,我們對於在高度相近但表型分化的蜻蛉物種之間,ARTs的相對影響所知甚少。本研究調查台灣豆娘兩鄰域分布的亞種:中華珈蟌 (Psolodesmus mandarinus)指名亞種 (P. m. mandarinus) 及南台亞種 (P. m. dorothea) ,探討其ARTs的起因及結果。調查結果指出,兩亞種雄性均利用相同的三種繁殖策略,包含領域型 (territorial)、無領域型 (non-territorial) ,及搖擺型 (switching)。在福山植物園的指名亞種族群中,增加體重和減少後翅面積,與增加領域性相關。相較於無領域型雄性,領域型及搖擺型雄性有較高的交配機會 (即最少交配過一次)。然而,僅搖擺型雄性而不是領域型雄性,相對於無領域型個體有較高的交配成功。相較之下,蓮華池中南台亞種族群,則沒有任何身體形質和領域性相關。僅搖擺型雄蟲,而非領域性雄蟲,相較於無領域型個體有較高交配機會。南台亞種雄性的三種繁殖策略對其交配成功沒有顯著影響。在兩中華珈蟌亞種,搖擺型雄蟲而非領域型雄蟲有較高適存度 (fitness)。結果顯示在形態特徵與適存度和ARTs的相關性上,可能是由於棲地差異或觀察者效應導致。