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 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 類胡蘿蔔素呈色及黑色素呈色的特徵在紅嘴黑鵯的研究(2015) 洪心怡; Hung, Hsin-Yi鳥類體表顏色多樣性極大,這些顏色大部分具有功能性,對於鳥類溝通非常重要。在各種體表顏色中,由類胡蘿蔔素呈色 (呈現黃、橘或紅色)以及黑色素呈色(黑、灰或棕色)的特徵是最普遍也最重要的特徵。這類特徵通常能傳遞個體的訊息,並且具有重要的功能,例如個體可據此選擇配偶或評估對手。傳統上,類胡蘿蔔素呈色的特徵,被普遍認為是個體選擇配偶的依據,而黑色素呈色的特徵,則被認為與社會互動有關。但是這種觀念已被質疑,因為隨著越來越多的鳥種被研究,發現這兩種特徵在不同種類,可能功能不同,顯示這兩種特徵在鳥類的演化機制,可能比目前所知的更為複雜。除此之外,大部分的相關研究都在探討這兩類特徵在性擇上扮演的角色,所以多是以兩性有明顯型態差異的物種為研究標的(這類物種通常可能受到較高的性擇壓力),較少以在兩性型態差異較小的物種為主題,而這些物種可能受到與兩性型態差異大的物種不同的選汰壓力。為了能更完整地了解顏色在鳥類溝通上的演化機制,需要研究這兩類特徵在兩性型態差異較小的物種上扮演的角色。本研究選擇紅嘴黑鵯 (Hypsipetes leucocephalus nigerrimus )為研究物種,他們具有類胡蘿蔔素呈色的喙部、跗蹠與黑色素呈色的羽毛,對人眼來說是雌雄單型性的鳥種。我的結果顯示,在鳥類視覺上,這兩類特徵在兩性間是有差異的。而類胡蘿蔔素呈色的喙部與黑色素呈色的胸部與肩部羽毛的顏色表現,也與個體的生理狀況(包括個體的免疫能力與受到的氧化壓力)有關。雌性偏好試驗的結果顯示,單獨類胡蘿蔔素呈色的部位,可能不是雌性黑鵯選擇配偶的依據。我的論文提出清楚的證據,顯示類胡蘿蔔素呈色以及黑色素呈色的特徵,都能顯示紅嘴黑鵯個體的生理狀況,因此對紅嘴黑鵯而言,這些特徵可能具有重要的功能。但是要知道這些特徵在這個物種真正的功能,還需要之後更詳細的研究。Item 草蜥屬視蛋白基因的序列與表現(2016) 曾文宣; Tseng, Wen-Hsuan光譜調節(spectral tuning)可由感光細胞中視蛋白序列突變所導致的結構改變,使最敏感的波長在光譜上往長波或短波位移。位移造成的視覺敏感度差異,除了反映光環境的感官適應外,也同時在性擇上幫助尋覓適存度最佳的配偶。分布於東亞的草蜥屬(Takydromus)物種在短時間內演化出多樣的雌雄色型型式,包含在同一支系中演化出具雌雄雙色型與缺乏雌雄雙色型的物種。其中,季節性雌雄雙色型的翠斑草蜥雌蜥會以雄蜥體側綠色斑點的飽和程度做為擇偶依據,因此我推測物種間的色型差異可能與視覺敏感度差異有關。本研究第一部分增幅並定序來自臺灣的8種草蜥之視蛋白基因片段,由此設計特定基因引子,透過RACE增幅並定序來自草蜥視網膜的全長視蛋白cDNA。經序列比對後,發現所有物種皆表現感應紫外光(SWS1)、藍光(SWS2)、綠光(Rh2)和紅光(LWS)的四種視蛋白基因。光譜調節位點上,在任一視蛋白基因、任一點位上都沒有變異,顯示草蜥屬物種間的視蛋白光敏感度相仿,與多樣的雌雄色型並沒有關聯。研究第二部分則利用偵測視蛋白表現量的改變,了解翠斑草蜥在繁殖季與非繁殖間視覺與婚姻色的關聯。除了比對採樣自繁殖季和非繁殖季的雄蜥、雌蜥和幼雄蜥視蛋白表現量外,亦在繁殖季前期進行睪固酮的操控性實驗,比對實驗組和控制組雄蜥間的表現量差異。實驗結果顯示,雌蜥在繁殖季有顯著較高於非繁殖季的LWS表現量;雄蜥則有較高的Rh2表現量。幼雄蜥、非繁殖季雄蜥、控制組雄蜥與睪固酮操作雄蜥正好呈現Rh2由低漸高的比重表現量趨勢。經反射光譜量測後,我推測Rh2視蛋白的表現量比重上升,可能使繁殖季雄蜥對綠色(婚姻色)更加敏感,並增加對色彩的辨識能力。雌蜥繁殖季LWS的表現量上升,則可能提升對明暗度的敏感度,有助選擇最佳的配偶。最後,無論LWS或Rh2的表現量,均在繁殖季才有性別上的顯著差異,暗示婚姻色與季節性起伏的視蛋白表現量具有演化上的關聯性。本篇研究為首次在陸生脊椎動物上,記錄性激素如何影響物種內的視覺差異的研究,亦提供感官驅動性擇演化的佐證。Item 小雨蛙鳴叫聲地理變異之成因探討與理論檢測(2015) 李閣桓; Lee, Ko-Huan動物行為會受到遺傳距離及環境的影響而產生差異,而亦有許多研究指出,物種間的交互作用使個體產生行為特徵上的改變。當親緣關係相近的兩種動物共域時,為了減少錯誤配對的機會,擇汰會加強牠們特徵或行為的差異,此現象稱為繁殖性狀替換(reproductive character displacement)。兩棲類的鳴叫行為直接影響到牠們的適存度,且研究指出兩棲類容易受到地理屏障的影響,因此鳴叫特徵適合用來研究動物行為在地理上的變異。當鳴叫特徵差異分別與遺傳距離及地理距離高度相關時,則鳴叫特徵的變異可能是受到基因漂變(genetic drift)的影響。然而當特徵差異只與地理距離相關時,則可能是受到文化漂變(cultural drift)的影響。除了漂變之外,自然選汰(ecological selection)也可能造成鳴叫特徵的變異,在這個理論的預測下,鳴叫特徵會與環境因子相關。本研究使用小雨蛙(Microhyla fissipes)與黑蒙西氏小雨蛙(M. heymonsi)做為研究材料,小雨蛙廣泛分布在台灣全島的低地平原,在西部的台中及花蓮以南與黑蒙西氏小雨蛙共域,這兩種小雨蛙使用相似的棲地,且發出人耳難以辨認的宣告叫聲。而在過去的調查中,我們也發現小雨蛙的鳴叫聲在各地間有些微的差異。因此本實驗欲檢測以下問題:(1)小雨蛙的鳴叫聲變異,是否是因為與黑蒙西氏小雨的蛙種間交互作用-繁殖性狀替換所造成?(2)基因漂變、文化漂變與自然選汰,何者較能解釋小雨蛙種內的鳴叫聲地理變異?我們蒐集了13個地點,共233隻動物,分析鳴叫聲特性,並與溫度及體型做回歸殘差來校正鳴叫特徵。利用粒線體的COI序列來進行族群結構的建立,計算遺傳分化程度及遺傳距離後,進行遺傳距離、地理距離及氣候差異鳴叫特徵差異的相關性。結果顯示,兩物種共域時並不會影響其鳴叫特徵,顯示這兩種小雨蛙間並不存在繁殖性狀替換。鳴叫特徵的差異與遺傳距離呈現顯著的正相關,與地理距離也顯著正相關,顯示鳴叫特徵的地理變異符合基因漂變的假說。另外,鳴叫特徵的差異與年均溫、年均濕度及年降雨量都沒有顯著相關,表示自然選汰並不是造成地理變異的原因。本研究的結果證實基因漂變是最有可能造成小雨蛙鳴叫聲地理變異的原因,而非文化漂變或選汰。