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好讨厌虫子啊,生活在南极就好了……南极摇蚊:Hello?

2021-04-27 11:00:59浏览:5编辑:科趣视线

本文转自果壳

南极大陆号称“生命禁区”,气温低到零下四五十摄氏度是家常便饭一样的事情。这里常常刮着超过12级的狂风,能掩埋一切的暴雪也在这里肆虐,仿佛要抹杀所有生命。

但就是在如此恶劣的环境中,却有一种神奇的昆虫安然生活于此,它的名字叫作南极摇蚊。

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美丽冻人的南极大陆丨coolantarctica.com

摇蚊和平时常见的咬人蚊子一样,都是双翅目长角亚目昆虫家族的成员。虽然是亲戚,南极摇蚊却长得一点都不像常见的蚊子——没有翅膀,浑身也黑不溜秋的。而且南极摇蚊口器退化了,并不会叮人。

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值得一句瑞思拜的南极摇蚊丨medium.com

但就是这样一种长得略很丑的小虫子,却默默抗住了南极大陆的低温、大风等各种不利生存条件,也为科学家们揭秘昆虫适应极端环境的原理作出了杰出贡献。

这小虫子到底有什么天大的本事,能够世代生息在这片冻土上?

生存大招一:脱水

脱水防冻是南极摇蚊的大招。当呼啸寒风裹着冰雪侵袭而来时,南极摇蚊会流失掉70%的体液,来防止自己被冻成冰棍。随着水分减少,南极摇蚊身体内几种抗冻物质的浓度得到了提升,比如海藻糖和赤藓糖醇。

南极摇蚊减少水分和提高抗冻物质浓度的过程,其实是一种被称为“快速冷驯化”的生理变化。通俗来说,快速冷驯化的意思就是降温时别一下子降太猛,一点一点降的话,生物体就能做出一些适应性的变化来抵抗极端低温环境。

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南极摇蚊在不同温度下的生存率丨Teetsetal.2019,葛应强译

决定南极摇蚊能否存活的临界温度是零下9摄氏度。“丧心病狂”的科研人员为了测试南极摇蚊冷驯化的效果,进行了一个对比试验:把一组南极摇蚊从2摄氏度直接扔到临界温度;另一组也从2摄氏度开始,但先放在零下5摄氏度冻上一会儿。

对比两组的结果发现,在中间温度过度了一会儿的那组摇蚊受到的损伤较小,而且恢复期的新陈代谢速率更高,说明快速冷驯化真的有效!

生存大招二:特殊基因组

南极摇蚊在极地生存的重要秘籍就是它特殊的基因。南极摇蚊的基因组中一个关键就是调控热激蛋白的基因片段,这可能就是它适应严酷环境的关键秘诀。

热激蛋白有帮助蛋白质进行跨膜运输、维持蛋白质正常折叠状态等作用。遇到极端温度时,热激蛋白就像一块盾牌,能防止其他蛋白质失活,并因此提高生命体对极端温度的耐受能力。

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某种热激蛋白的三维结构图丨strong-athlete.com

绝大多数动物只会在突遭高温或者低温刺激时,才会生成热激蛋白来保护自己。而南极摇蚊特殊的基因组能够持续激活热激蛋白的表达,让它整个虫生都不怕冻手冻脚!

生存大招三:摇蚊妈妈有办法

南极摇蚊的繁殖行为也和其他昆虫不同。雌性南极摇蚊在产卵时会给它的卵宝宝们裹上一层厚厚的胶状物质。

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南极摇蚊给宝宝们的开局大礼包丨Finchetal.2020

研究证明,胶状物质中含有大量营养物质,包括各类必需氨基酸、磷酸盐以及糖类物质,能起到超过常规食物的促进生长发育的效果。相关的实验也证明了胶状物质能够充当缓冲保护层,帮助南极摇蚊幼虫抵挡脱水和低温的危害。

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左图浅灰色是未涂胶状物质的组别,黑色是涂有胶状物质的组别,后者体型明显大一前者体型。丨Finchetal。 2020

对于摇蚊宝宝来说,这层胶状物质既是营养丰富的生长补剂,又是一个拥有超强防御buff的保护层,是宝宝们在严寒南极生存下去的关键之一。

生存大招四:抗冻从卵抓起

当妈的真是为宝宝操碎了心,雌性南极摇蚊还会精心选择产卵地址。

南极大陆天寒地冻,哪里比较暖和呢?答案就是冰层土壤中。当陆地上刮着刺骨寒风、平均温度低到负20摄氏度时,冰层土壤中的温度却能保持在0度左右,而且可以躲避大风,这里便是南极摇蚊宝宝们生长的地方。

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在冰层土壤中抱团取暖的南极摇蚊幼虫丨u.osu.edu

土层中虽然没有刺骨寒风,温度也不至于低到零下负几十度,但还是冷呀。为了获得更多热量,南极摇蚊幼虫的体色发生了特殊的变化。

摇蚊科幼虫多呈现血红色,但南极摇蚊不一样,体色近乎黑紫色。这是因为深色可以吸收更多可见光,帮助南极摇蚊幼虫获得更多热量。

生存大招五:吃草

南极摇蚊幼虫要面临的另一个大问题便是营养来源。地处南极圈边缘的南设得兰群岛又冷又贫瘠,地面上没有什么植物。但幸运的是,这里冰层中存活着一些名为Prasiola crispa的藻类,成了南极摇蚊幼虫的食物。

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能活下去就不错了,哪敢挑食丨nytimes.com

这些藻类植物能够生长,靠的是海豹粪便和企鹅粪便的滋养。别嫌臭,这可是昆虫学家们的关键信息:一线采集人员透露,要想找到南极摇蚊宝宝,就得找屎多的地儿挖去。

始于虫不止于虫

在谷歌学术搜索引擎中键入南极摇蚊的英文俗称“Antarctic midge”,会弹出超过7000条结果。科学家们对南极摇蚊的研究,涵盖了生物学、生理学、分子化学和生态学等诸多领域。

深入了解这种征服了南极大陆的特殊昆虫,不单是为了揭开它的神秘面纱、满足人类的好奇心,同时更是为了我们人类社会的发展和进步。

通过对南极摇蚊的研究,科学家们对昆虫耐寒性机制有了更加全面的了解,这将有助于推动农业昆虫的越冬防治工作。同时,南极摇蚊也为医学进步提供了新思路。医学上,器官移植过程中仍有人体组织保存时间短和活性低的大难题,南极摇蚊的生理特性说不定就是解决这个问题的关键所在。

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