小生灵,妙设计

2020-11-23 01:59:28 风流一代·经典文摘 2020年11期

【挪威】安妮·斯韦德鲁普-蒂格松

【内容简介】

就数量而言,地球上的每个人,都对应着2亿只昆虫。昆虫的构造与人类大不一样:骨骼长在身体外,耳朵长在膝盖上,眼睛长在屁股上,舌头长在脚底下。即使脑子只有芝麻大,也能识别面孔,雄性和雌性会为了遗传展开激烈的装备竞赛。昆虫为了生存还使出了各种古怪甚至残忍的诡计,而它们与植物的相互依存关系也比我们想象中更有趣。

对人类来说,昆虫是帮手,是伙伴,还是良师。它们能将枯萎的树木和死去的动物变成肥沃的土壤。它们为花授粉,也是其他动物的食物。它们给人类提供丰富的产品,也为医药、建筑、军事等领域贡献创意和灵感。它们是驱动我们这个星球运转的引擎。

1

那么,这些与我们生活在同一个星球上的小生灵,它们又是如何“组装”起来的呢?

六足,四翅,二触角

到底什么才算昆虫?如果你对此有任何疑问,一条很好的经验法则就是从数腿开始。因为大多数昆虫都有六条腿,全都长在它们身体的中段。

下一步是查看这只虫子有没有翅。它们同样长在中段。大多数昆虫拥有两对翅:前翅和后翅。

现在,你已经间接地抓住了昆虫的一项关键特征:它们的身体是分成三部分的。作为节肢动物门众多代表中的一员,昆虫由许多体节构成。就昆虫而言,这些体节融合为三个十分清晰、分界明显的区段:头、胸和腹。

前面的部分——头部,和人类不无相似之处:它既有嘴,又有最重要的感觉器官——眼睛和触角。昆虫绝不会有多于两根触角,而它们的眼睛却在数量和类型上大有不同。要知道,昆虫的眼睛不一定只长在头上。有一种凤蝶的眼睛长在阳茎上!这能够帮助雄性在交配时处于正确的位置。而这种凤蝶的雌虫的屁股后面也长着眼睛,用来检查自己是否把卵产在了正确的位置。

如果说头部是昆虫的感觉中枢,那么中间部分——胸部——就是运动中枢。这个区段由驱动翅和足所需的肌肉主宰。值得注意的是,与其他所有能够飞行或者滑翔的生物——鸟、蝙蝠、鼯鼠、飞鱼——不同,昆虫的翅不是特化的胳膊或腿,而是独立的动力装置,作为足的功能的补充。

腹部通常是最肥硕的一段,它负责繁殖,同时还包含着昆虫大部分的消化系统。代谢废物由身体后端排出——通常如此。微小的瘿蜂幼虫的整个幼虫阶段都是在植物围绕它们所构建的全封闭结构中生活的,因此受到了极为细致的呵护。它们知道污染自己的巢穴是不对的,但由于被困在一个没有厕所的单间公寓里,那就别无选择,只能憋着。只有到幼虫阶段结束的那一刻,肠道和肠道的开口才被连接在一起。

生活在无脊椎动物的世界里

昆虫是无脊椎动物——换言之,就是没有脊椎、骨架或者骨骼的动物。事实上,它们的骨骼长在外面:一副轻而坚硬的外骨骼保护着柔软的内部,使之免受撞击等外部压力。其身体最外层包裹在一层蜡质当中,提供的保护可以对抗每只昆虫最大的恐惧:脱水。尽管体形很小,昆虫的表面积比起自己微小的体积来说却很大——这意味着它们因蒸发而失去宝贵水分子的危险性很高,而蜡质层是保住每个水分子的关键。

构成骨骼的物质也能保护昆虫的翅和足。它们的足由强壮有力的中空管组成,有许多关节帮助它们跑、跳以及进行其他有意思的活动。

但是骨骼长在外面也有几个缺点。但是昆虫有一个解决办法:在旧铠甲下面,长出一副新铠甲,新铠甲最开始是很柔软的。僵硬的旧铠甲裂开,昆虫就像我们抖落一件旧衬衫一样,悠闲地从自己的旧外皮中跳出来。现在,昆虫的关键任务是让自己真正地膨胀起来,让这副柔软的新铠甲在变干变硬之前尽量增大。因为新的外骨骼一旦完成了硬化,昆虫的成长潜力就变不了了,只能等到下一次蜕皮才能为新的机会铺平道路。

变形的时刻

昆虫有两种变形方式:一种是经过一系列的蜕皮过程逐渐变化,另一种是在从幼虫到成虫的发育过程中突然发生变化。这两种变形叫作变态发育。

第一种类型,如蜻蜓、蝗虫、蟑螂和蝽类,在生长过程中逐渐改变外形。这有点像我们人类,区别在于我们不必为了茁壮成长而蜕掉整个皮肤。这些昆虫的童年阶段被称为若虫期。若虫成长,蜕掉几次外骨骼(具体蜕多少次因物种而异,但通常是三到八次),变得越来越像成虫的外形。接着,若虫终于进行了最后一次蜕皮,它们从用旧了的幼期外皮中爬出来,装配上了运转正常的翅和性器官:看!它变成成虫啦!

其他的昆虫会进行完全变态发育——从幼年到成年的一次魔幻般的外形变化。对昆虫来说,变态发育是由激素推动的,标志着从幼虫到成虫的转变。首先,卵孵化成一只与它最终将变成的生物毫无相似之处的幼虫。这只幼虫常常看起来像一只苍白黯淡的长方形口袋,一端长着嘴,另一端长着肛门。幼虫会蜕几次皮,每次蜕皮之后都长得更大,但除此之外,看起来几乎没有什么变化。

见证奇迹的时刻是蛹期——一个静息的时期,昆虫在此时经历着从默默无闻的“袋状生物”到复杂得不可思议、精致到无与伦比的成年个体的奇迹般的变化。在蛹壳内,整个昆虫都在重建,就像一个乐高模型,它的积木块被拆解开,然后重新拼装成一种完全不同的形状。最后,蛹会裂开,里面爬出“一只美丽的蝴蝶”。完全变态是明智的,而且毫无疑问是最成功的变形。这个星球上大多数——高达85%——的昆虫物种采用的是这种完全变态的发育方式,其中包括占主宰地位的昆虫类群,比如甲虫、蜂类、蝴蝶和蛾子、蝇类和蚊子。

这种发育方式最妙不可言的一点是昆虫的幼体和成体能够利用两种截然不同的食谱和生境,在生命的各个階段专注于自己的核心使命。不会飞的幼虫专注于储存能量,可以说是个进食机器。而在蛹期,所有积累下来的能量都被分解,重新组合成一个全新的生命体:一个致力于繁殖的飞行生物。

2

昆虫幼虫与成虫之间的关联在古埃及时代就已经为人所知,但人们并不理解发生了什么。有人认为幼虫是一个走失的胎儿,最终恢复了理智,爬回了它的卵里——以蛹的形式——为了最后的诞生。其他人则宣称这是两个完全不同的个体,第一个死了,以一种新形态复活。

直到17世纪,荷兰生物学家扬·斯瓦默丹依靠新发明显微镜,证明了幼虫和成虫从始至终都是同一个个体。即使是现在,专家们仍在继续讨论变态发育过程的准确细节。幸运的是,世界上仍然留有一些谜团。

用吸管呼吸

昆虫没有肺,不会像我们这样呼吸,而是用身体两侧的孔来呼吸。这些孔像吸管一样,从昆虫的身体表面延伸到内部,一路分叉。空气填满这些管道,氧气经由吸管进入身体的细胞。这意味着昆虫不需要用血液来把氧气输送到身体的各个角落。然而,它们仍然需要某种血液——叫作血淋巴——来将营养和激素运输到细胞里,并为细胞清除废物。既然昆虫的血液不输送氧气,那么昆虫就不需要那些让我们哺乳动物的血呈现红色的含铁物质了。因此,昆虫的血是无色、黄色或绿色的。

昆虫甚至没有静脉和动脉,相反,昆虫的血液在身体的器官之间自由流动,向下流入足,向外流入翅。为了保证血液循环,某种心脏之类的东西是存在的:背部的一条长长的肌肉管道,其前端和侧面有开口。肌肉的收缩将血液从后向前挤压,送往头部和脑。

昆虫的感官印象是在脑中进行处理的。对它们来说,如果要寻找食物、躲避天敌、搜寻配偶,那么从周围接收气味、声音和視觉形式的信号是极为重要的。尽管昆虫与我们人类有着相同的基本感官——它们能感觉光、声音和气味,还能品尝味道和触摸——它们的大多数感觉器官却是以一种完全不同的方式构建的。

昆虫的芳香语言

对很多昆虫来说,嗅觉是很重要的,但与我们不同的是,它们没有鼻子,因而是用触角嗅出大部分气味的。有些昆虫,包括特定种类的雄性蛾子,拥有大型羽毛状触角,能够捕捉到几公里外的雌性的气味,即使浓度极低。

昆虫通过气味进行交流的方式有很多。气味分子使得它们可以向彼此发送各种各样的信息,从“寂寞女子诚邀帅气小伙共度良宵”这样的征婚广告,到蚂蚁餐厅的推荐:“沿着这条气味小路走下去,就能在厨房台面上找到一摊美味的果酱。”

我们会忽略大多数的昆虫气味,因为我们根本闻不到。但当你在夏末的一天,漫步于挪威南部滕斯贝格城镇那些古树的树荫下时,可能会有幸闻到极为悦人的桃子芳香:那是隐士臭斑金龟在邻近的一棵树上向女朋友求爱呢。

这种气味对于笨重、行动迟缓、很少飞行,或者就算飞也飞不远的隐士臭斑金龟非常有用。它生活在中空的古树里,幼虫在那里啃食着朽木的碎屑,是个真正的御宅族:瑞典的一项研究表明,多数隐士臭斑金龟的成虫仍然生活在自己出生的那棵树里。对旅行缺乏兴趣让寻找新的空心树并迁入其中这件事变得很复杂,而如今,在集中开垦的森林和耕地中,中空的老树很不常见这一事实也让情况难以好转。在挪威,它被视为极度濒危物种,只能在一个地方找到:滕斯贝格的一个老教堂庭院里。或者准确点说,是两个地方,因为最近,为了确保这个物种能够存活下去,有些个体被搬到了附近的一小片橡树林里。

花妖摄魂

花儿们意识到气味对昆虫很重要,或准确地说,是千百万年的共同演化造成了最不可思议的相互联系。世界上最大的花属于大花草属,分布在东南亚,靠丽蝇来传粉。如果想让丽蝇来造访,你得用丽蝇的语言向它们吆喝。这就是为什么世界上最大的花闻起来像在炎热的丛林中躺了几天的动物死尸——一股腐肉的恶臭味,令你无法抗拒,如果你正好是一只丽蝇的话。

但你不必造访丛林,就能找到一些会讲昆虫气味之语的花。苍蝇兰是一个受保护的欧洲本土物种,在挪威和英国很稀有,但是在中欧分布广泛。它开着怪异的褐蓝色花朵,看起来就像某种泥蜂的雌性,而它美丽的外表又被辅以正确的气味:这种花闻起来与正在寻找配偶的雌性泥蜂一模一样。那么,一只心猿意马的刚羽化的雄泥蜂要怎么做呢?它短暂的一生只被一种想法支配着啊。它着了这个把戏的道,试图与花朵交配。事情进展不顺利的时候,它就转移到另一个它以为是雌蜂的东西那里,再试一次,但在那儿也不走运。它不知道的是,在这些注定要失败的交配过程中,它沾上了一些黄色的构造物,它们看起来有点像“绒球头饰”。这些黄色东西里包含着苍蝇兰的花粉,因此雄性泥蜂狂热的调情为花的传粉做出了贡献。

(摘自湖南科学技术出版社《昆虫的奇妙生活》)

链接:

【作者简介】

安妮·斯韦德鲁普-蒂格松,挪威生命科学大学教授,挪威自然研究所(NINA)科学顾问。拥有保护生物学博士学位,重点研究昆虫生态学,教授自然管理、森林生物多样性等课程。热衷科普的她运营着一个科学博客,也常常出现在科普电台和电视节目中。她因为杰出的工作被NINA授予纪念奖章,还是第一位获得邦内维奖的女科学家。《昆虫的奇妙生活》一书出版后,被翻译为20多种语言,并入围挪威的文学大奖——伯瑞格文学奖。