蝴蝶會不會是毛毛蟲體內的寄生蟲?
2019年08月18日09:04

  來源:SMELab

  BOX粉絲給我們留言說,蝴蝶會不會寄生在毛毛體內的另一個完全獨立的個體?這是一個很有趣的問題,我們都知道自然界最完美的逆襲便是噁心的毛毛蟲變成了美麗的蝴蝶。

  相反那些可愛的蠶寶寶,長大後反倒變成了醜醜的蛾子。那麼,為什麼毛毛蟲和蝴蝶不會是完全沒有關係的個體呢?畢竟它們不僅外觀不同,就連生活習性都不一樣。。。。。

  可能有人會立馬給出否定的答案,因為我們的課本明明寫著是變態發育。相信很多人小時候都養過蠶寶寶,樂此不疲地等它破繭而出。

  我們從小就清楚,蠶是從卵內孵出時的幼蟲,愛吃桑葉。經過幾次蛻皮,它就就吐絲作繭,在繭里變成蛹。再隔段時間就會咬破繭殼飛出成了蛾子。

  這,便是家蠶要經過的一生,即卵→幼蟲→蛹→成蟲。而這也就是完全變態發育的全過程。 然而,你有沒有想過昆蟲的變態究竟是從何而來的?這樣的進化策略對人類又有何啟發呢?

  說出來你可能不信,昆蟲界的變態現像一直充滿著各種謎團。早在古埃及時代,人們就知道蠕蟲和蛆會長大為成蟲。

  然而,19世紀30年代卻還有人因為“毛毛蟲會變成蝴蝶”這個基本常識而被列為異端邪說,鋃鐺入獄。

  即便到了21世紀,還有人荒誕地認為昆蟲變態源自於兩種差異很大的古生物雜交而來的。這些跡象表明,昆蟲的變態發育遠比我們想像得那麼複雜。不像小蝌蚪找媽媽那麼直觀,昆蟲作為變態界的高級玩家可有意思多了。

  然而科學界發現,地球歷史上最早出現的昆蟲是不會變態的。當它們孵出來時,就已經擁有成蟲的模樣了。 如今昆蟲綱里還保留著最原始的變態類型,分別是增節變態和表變態。顧名思義,增節變態是指幼期與成蟲期之間腹部的節數逐漸增加,代表類群是原尾綱昆蟲。 而表變態的生物一眼就能看是不是親生的。之後在胚後發育的過程中,它們只需要個頭增大,性器官發育成熟就可以了。比如我們之前提到的書蟲衣魚。

  雖說現在增節變態和表變態的昆蟲佔據少數,但古生物化石遺骸顯示,原始的昆蟲都是不會變態的。所以,一直以來人們對昆蟲的變態發育存在著很多誤解。

  早在1651年,英國生物學家威廉·哈維就認為昆蟲卵中所含的營養成分是有限的。在某些特定的時候會變得越發稀缺,從而導致胚胎在發育完成之前被迫孵化出來。 在孵化後幼蟲生活期間,這些離開了胚胎的動物將從外界環境積累資源,並到達蛹期,從而為胚胎再生提供營養物質。簡單地說,就是重新再找第二個卵。 從這個角度來看,他認為毛毛蟲和蝴蝶是兩種完全不同的生物,並不是同一種生物。

蟲卵
蟲卵

  直到1699年,荷蘭生物學家揚·斯瓦默丹才跳出來反對哈維的觀點。

  這位生物學家通過對各種昆蟲進行解剖,證實幼蟲、蛹和成蟲是同一個體發育的不同階段,並非不同生物。 就拿家蠶或是毛毛蟲來說,這些幼蟲的體內能找到未成熟的蛾和蝴蝶的身體部分。比如,在它還沒有成繭或形成蛹時,能發現尚未發育完全的翅膀。

  此時,科學家才又重新審視昆蟲的變態發育行為。

  事實上,除了完全變態以外,科學家還發現昆蟲還有種玩法叫做不完全變態。它又稱為直接變態,指的是這類昆蟲直接經過卵期、幼期和成蟲期3個階段。 不完全變態能分為三個亞型:半變態、漸變態和過漸變態。它們有著明顯的幼蟲期,通過“羽化”變為成蟲,如蜻蜓; 此類昆蟲的發育過程經過受精卵、幼蟲(若蟲或稚蟲)、成蟲三個階段,不需要經曆蛹的階段。比如蝗蟲、蚱蜢、椿象、蜻蜓、蟋蟀、螻蛄、蟬等。 與完全變態類昆蟲不同,這類昆蟲沒有明顯的幼蟲期、蛹期。它們的幼蟲形態、生活習性都與成蟲類似,稱做“不完全變態”。

  目前科學界認為,昆蟲的完全變態發育正是從不完全變態發育演化而來了。這種演化現象大約發生在2億八千萬年前的一次基因突變。

  該理論是由美國科學家恩·里迪福德(LynnRiddiford)和詹姆斯·杜魯門(James Truman)所提出的。他們認為,不完全變態的昆蟲,在變成若蟲*前會經曆短暫的生命階段——前若蟲階段(pro-nymphal stage)。

  這一階段的形態和習性跟若蟲,以及成蟲是不一樣的。某些種類的昆蟲在卵中就從前若蟲轉變成了若蟲,但另一些昆蟲則在孵化後的幾分鍾至幾天之內保持著前若蟲狀態。

  因此他們認為,正是這種前若蟲階段,很可能演變成了完全變態中的幼蟲階段。

  註:若蟲不是某一種昆蟲,而是一類昆蟲發育至某段時期稱謂,即營陸生生活的不完全變態昆蟲的幼體。

  當時,某些前若蟲在孵化過程中不能完全吸收卵中的卵黃,便將自己置於饑餓的處境。 為了能夠活下去,它們只好拚命尋找覓食的機會。這時候,它們很可能主動吃掉賸餘的卵黃,提前孵化出來了。一旦出生後,它們也會在外界環境中繼續尋找食物。 當這些昆蟲寶寶的前若蟲期越來越持久時,它們就慢慢演變成了結構和功能完全的幼蟲,就像我們今天看到的家蠶或是毛毛蟲。而,這也是為什麼我們現在看到的毛毛蟲或家蠶最主要的任務就是吃了。

  那麼,有什麼證據支援這種演化方式呢? 首先從生理解剖上看,前若蟲與完全變態昆蟲的幼蟲有不少相似之處。比如它們都有柔軟的身體,沒有鱗片的外殼以及未成熟的神經系統。

  如果不完全變態昆蟲的前若蟲期對應於完全變態昆蟲的幼蟲期,那麼又如何看待完全變態發育所特有的蛹期呢?在揭曉答案之前,我們先來看看昆蟲變態時,蛹期究竟發生了什麼呢?

玫瑰金龜子甲蟲的蛹
玫瑰金龜子甲蟲的蛹

  生物學家已經發現,蛹期的變化跟一種叫作“成蟲盤”的細胞群密切相關。這些細胞群在卵中發育時就已經形成了,是一些還沒有執行分化的細胞。就像我們人類幹細胞一樣,具有發育成各種組織和器官能力。 只不過在幼蟲早期,它們一直都老老實實地待在角落,像是進入了休眠狀態。大約要等到幼蟲後期的時候,這些成蟲盤細胞群才會開始分化。 比如它們會在幼蟲體內分化出非常小的雛形翅膀等器官。這也是為什麼那個荷蘭生物學家能在幼蟲中觀察到成蟲的結構。

  而在某些種類的幼蟲里,這些成蟲盤細胞要到了蛹期才開始分化。但不管怎樣,蛹期都是這些昆蟲進行“蟲大十八變”中最重要的階段。這一階段,也正是昆蟲變態發育最神奇之處。

  因為當它們進入蛹期,蛹內所有的細胞都會被消化分解,除了表皮和成蟲盤細胞是不會分解的。這些細胞分解後會變成一堆類似漿液的東西。如果你將完全分解的蛹進行解剖的話,說不定還會爆出一把漿液出來。

各種各樣的月神蛾繭
各種各樣的月神蛾繭

  別覺得聽著噁心,這些漿液可是昆蟲變態的法寶。因為它們是成蟲盤細胞最好的養料和原材料。有了它們,昆蟲盤細胞才能發揮魔法技能,迅速分化出新的成熟的翅膀、腿、眼睛、觸角等器官。所以說,這些成蟲的結構是由成蟲盤的細胞團都是發育而來。有人認為成蟲盤細胞是隱藏在幼蟲體內的“定時炸彈”。幼蟲存在的唯一價值就是給這些成蟲盤細胞提供營養,幫助其生長。

  時機一到,它們便摧毀原來的配置,重新構建出新的生物體。既然幾乎都摧毀重建的話,那麼幼蟲和成蟲的外觀和生活習性都不同也就不足為奇了。 如此看來,它們更像是寄生在幼蟲體內的寄生蟲又或者是異形生物。所以說,將蝴蝶看作是毛毛蟲體內的寄生蟲,也並非是異想天開。

  回到方才的問題,有學者認為完全變態的蛹期可以對應於不完全變態發育的若蟲期。

  等等,為什麼若蟲能與蛹期相提並論呢?這或許能從基因層面上來解釋。

  科學家發現,決定完全變態昆蟲的蛹期是一種名為broad的基因。一旦這個基因被剔除的話,毛毛蟲將永遠不會形成蛹,更別說是變成蝴蝶了。而同樣的基因對不完全變態昆蟲的若蟲蛻皮也起著類似的作用。

  因此,不完全變態向完全變態的演化很可能與一個基因的變化相關。當然,這也只是一個較為合理的猜想,還沒有明確的定論。畢竟昆蟲能成為地球上種類最多、個體數量最大、生活方式最多樣、生存策略最奇特的一大類生物,是多種原因共同作用的結果。

  有翅昆蟲的出現至少有4億年以上的歷史,無翅昆蟲甚至更早,而人類出現不過100多萬年,對昆蟲變態及各類型進化的研究能為我們在系統演化等方面的研究提供很多材料和模型。

  但不管變態現象究竟是如何演化的,地球上有多達 65%的物種是有變態現象的昆蟲。如此龐大數目足以說明了這種繁殖策略的成功。

  我們不難看出它最大的優勢在於消除了幼蟲和成蟲之間的競爭,使兩者幼蟲位於非常不同的生態位。

由於幼蟲和成蟲並不為地盤或資源相互競爭,它們大部分都能一起生存。不至於像其他生物那樣,為了爭奪同一資源而進行骨肉相殘。

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽