前两天科学家发现了一种昆虫,这种甲虫被捕食者吞下之后,会在消化管中爬动,用脚刺激促进青蛙的排泄,然后从屁股里跑了出来。
一般而言,如果猎物被捕食者吞下,会被胃里的胃液给消化,除此之外,无论是动物还是人类,体内的肠道系统都是非常复杂的,甲虫究竟是如何找到逃生路线,这是科学家至今都没有破解的难题。
相比这种甲虫,另外一种甲虫就比较简单粗暴了,日本神户大学的 Takuya Sato教授进行了一项研究,他给一只小蟾蜍喂了一只甲虫,蟾蜍满心欢喜地享用了这顿大餐,然而在88分钟之后,这只射炮步甲被吐出并且依然存活。
实验显示,在每次实验中,蟾蜍都会快速抓起投弹甲虫送入口中。但几分钟后,它们的腹部却会传出类似爆炸的声音,在吞下射炮步甲的107分钟之后,有43%的蟾蜍都吐出了它们的猎物(看来还是有贪吃的蟾蜍宁愿“肠穿肚烂”也不放弃食物啊)。
不过要知道,蟾蜍没有呕吐反射,不能像人类那样呕吐。它们只能把食道从里往外翻,这一过程大约要持续45分钟。因此想要活下来,投弹手甲虫必须拥有足够的适应能力,才能够在蟾蜍的胃里存活45分钟,全身还浸在粘稠的胃酸中。
而被蟾蜍吐出来的全部16只甲虫都还活着,其中有15只在此之后存活了至少两周,有一只甚至活了18个月以上。感觉这些蟾蜍会怀疑蟾生。
这种甲虫简直就和“孙猴子”一样,被吞进去了,还能让对方主动吐出,这究竟是如何做到的。
这种甲虫名叫做射炮步甲,体长5-13毫米,一般中等大小,炮步甲共进化出两个分支,brachinoid 和paussoid,6个属共500多种,其中多数种都属于brachinoid分支中的Brachinini属,而另一个分支paussoid所包括的炮步甲非常少见。该brachinoid和paussoid分支之间的关系曾受到一些争议。
原来射炮步甲身上携带了化学武器,化学防御在许多昆虫的防御中起着重要作用,特别是在鞘翅目中,其体内分泌的化学防御物质,通常储存在防御腺中,通过肌肉压缩或腺体外翻释放出来。
射炮步甲体内含有10%对苯二酚和25%过氧化氢,它们抑制剂混合共存于射炮步甲体内,射炮步甲的防御腺由分泌组织,贮藏室和反应室构成。分泌组织从虫体内吸收合成反应物并储存在贮藏室,贮藏室是存在于虫体腹部内部末端1/3位置的两个囊状体,内部充满反应物,当虫体受到刺激时,射炮步甲会挤压腹部,向前3种物质中又加入了过氧化物酶,在生成苯醌并同时生成大量氧气与热量。然后将反应物从贮藏室挤进反应室。
反应室是发生防御反应的部位,内含大量过氧化物酶,是位于腹部末端两个角质化组织。它的腹部末端有一个小囊,过氧化氢分解产生氧气提供了喷射的动力,使苯醌“喷”出体外,同时化学反应放热还会把液体加热到高温增加杀伤,甚至能够达到100℃。就像火炮一样把有毒、滚烫的热蒸汽从喷嘴中喷射出来,因热量升温的苯配对敌人更具有刺激性。这些有毒化学物质的高压爆发不会伤害甲虫本身,但它会污染和刺激人类皮肤,并能直接杀死较小的敌人。释放醌类物质是射炮步甲防御的唯一方式,当它失去喷射物后,其他生物可以毫无畏惧的攻击和杀死它.
一些研究人员认为passoids和brachinoids是姐妹群,关于“放炮"这样的防御能力只进化了一次;还有其他人认为,炮步甲的“放炮"机制是passoids和brachinoids分别独立进化的。
不过,关于射炮步甲体内的化学物质成分,目前仍有一点争议,2020年7月加州大学伯克利分校的研究小组在《自然科学》杂志上发表论文,表示甲虫的苯醌中只有一种来自对苯二酚,另一种来自完全不同的前体:间甲酚,一种在煤焦油中发现的毒素。甲虫能够安全地代谢这些有毒化学物质。
由此可见,甲虫喷射的化学物质比我们想象的更为复杂,所以当蟾蜍吞下射炮步甲的时候,它会在蟾蜍体内释放化学物质,这种化学物质无法对蟾蜍造成实质性伤害,但是会让蟾蜍很难受,从而将甲虫吐出。
一些射炮步甲甚至在蟾蜍发动攻击的时候,主动放炮攻击蟾蜍的舌头,这是一个非常冒险但很明知道的行为,在攻击成功之后,蟾蜍会立马将甲虫吐出,不停地来回跳动,暂时放弃攻击,这个时候甲虫就可以乘机逃跑。
射炮步甲并不是唯一可以自我防御的昆虫,许多昆虫在长期的自然选择中也形成了一套较为成功的防御机制,比如隐置防御、机械防御和化学防御等,其中化学防御最为有效,因为这些有毒或有刺激性的物质可以对敌人造成直接的伤害。
只不过射炮步甲的这种防御行为是化学防御中较为独特的,在喷射具有臭味的醌类物质时还伴有高温的产生,比起其他的昆虫更加高级,所以科学家们可以根据气步甲的这种喷射机制将其应用在军事等领域。
当然,科学家对于射炮步甲的研究并没有停止,如今,炮步甲的基本防御机制已经可以大致了解,但它的身上仍有许多“未解之谜”,炮步甲防御时灵活的腹部使得它可以向各个方向喷射,不免要喷到自己身体,炮步甲自身是如何免疫热烫的醌类物质的危害;不同物种的炮步甲在.喷射的温度和脉冲上有怎样的区别,是否可以用于分.类研究;炮步甲防御系统各个组织的结构,还需要进一步的研究。
参考文献:
Sugiura Shinji and Sato Takuya 2018Successful escape of bombardier beetles from predator digestive systemsBiol. Lett.1420170647
《炮步甲及其化学防御的研究现状》.中国农业信息 .2015年02期.季莉丽