【探秘】昆虫是如何躲避天灾的
2009年夏季,澳洲发生严重水灾。对于熟于水性的生物而言,洪水造成的影响较小,但对于陆栖生物而言,洪水造成的影响将是致命的。而昆虫亦有陆栖及水栖两种,那么,那些陆栖昆虫是如何避免洪水影响的呢?
洪水对于无法游泳昆虫的影响是毁灭性的,这类昆虫族群在洪水过后,只能靠残存族群将死去的个体“生回来”。比如蚂蚁,在洪水过后依然会遍地生存。原来,这得益于昆虫的社会性,蚂蚁属于社会性昆虫。
最典型的例子是入侵红火蚁,当大水来袭,入侵红火蚁族群的工蚁会结成蚁球,将蚁后、幼期个体保护其中,工蚁包覆在外,因此可以顺水漂流,虽然外层的蚂蚁会死,但蚁后、幼期个体可以存活相当长的时间,待水势消退,重新登陆另建新巢。而工蚁这种牺牲自己、拯救族群的行为称为利他。
2009年,除了南半球澳洲淹水之外,北半球的温带国家也遭逢严重雪灾,而有些昆虫却能在冰天雪地下生活,它们又是怎么躲过低温影响的呢?
昆虫躲过寒害的方式,一种是采取适当行为抗寒,一种是生理机制抗寒。
行为抗寒的例子很多,例如近年受到国人喜爱的紫斑蝶所聚集成的紫蝶幽谷,其实就是一种昆虫避寒行为所形成的现象。在台湾,每年秋末冬初吹起东北季风时,紫斑蝶就会从全台各地南下避冬,由于在台东县茂林乡过冬的紫斑蝶群聚数量相当多,所以形成了迷人的紫蝶幽谷,而这些翩翩紫蝶会在次年春天再次北上。
还有蜜蜂,一个功能完备的蜜蜂群,其最外围蜂窝巢片主要是用于储存蜂蜜及花粉,中心部分则是饲育卵及幼虫,而外围用于储存食物的巢片可隔绝低温。当巢内气温更低时,工蜂会聚成一团,然后同时振动翅膀使自己的体温升高,进而提升蜂巢内的气温。而其他昆虫的行为避寒方式则是选择各种避冬栖所,例如土栖性的直翅目昆虫会选择栖息在土壤中,以减少低温对自身的影响。另外所说的“冬眠”,也是昆虫对抗寒冷的方式。
行为抗寒机制虽然有用,但还是有局限。为了避免低温对自身造成损伤,生理抗寒机制,就是昆虫对抗寒冷的妙方。
当温度降至冰点以下,会对昆虫造成物理性及生理上的伤害。物理性伤害主要是由结冰造成:当冰晶在细胞间逐渐变大时,会改变细胞间质溶液的性质,并且因为冰晶的膨胀而阻断细胞与细胞间物质的交换,进而引发生理上的伤害。而生理上造成的伤害,则可能因为冰晶在细胞外形成时,会使细胞外水分子的浓度减低,因此造成细胞内水分子的浓度大于细胞外水分子的浓度,使得水分子向细胞外渗透,造成细胞内渗透压的剧烈变化,导致细胞体积萎缩与pH值的改变,使细胞膜的通透性异于常态,阻塞离子进出细胞的通道,导致细胞死亡。
昆虫为了在冰温时仍能生存,有两种适应上的选择。一种是“忍耐冰冻”,以“忍耐冰冻”方式生存的昆虫,体内必须具有特殊的“冰晶核蛋白”,以控制细胞外冰晶的形成,并利用抗冻蛋白来控制冰晶的扩大。此外,还要有低分子量的抗冻剂,来维持细胞的体积和细胞膜的结构,及保持未结冰的水分不结冰,同时再减低代谢速率或是以无氧呼吸方式来维持生命。
另一种适应方式则是“避免冰冻”,也就是动物体内必须具备抑制冰晶核的形成和避免体温降至凝固点以下的能力,以在低温时能清除体内的冰晶核,并且以体内的抗冻蛋白抑制冰晶核的形成,及累积高浓度的抗冻剂以维持体温在凝固点以上。(汲露)



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