復仇的殭屍黃蜂

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


正值萬聖節,我重新發布我的舊帖子(來自2006年2月4日,重新發佈於2010年7月1日):

我很驚訝卡爾·齊默在為他的書《寄生蟲雷克斯》做研究時,沒有遇到Ampulex compressa(翡翠蟑螂黃蜂)及其獵物/宿主美洲蟑螂(Periplaneta americana,另請參閱關於病因學眼狀紋的評論)的有趣案例。

1999年,我去了英國牛津,參加了首屆神經行為學戈登會議,我期待看到的眾多激動人心的演講者之一是弗雷德·利伯薩特。演講一半精彩一半平淡。確切地說,前半部分精彩,後半部分平淡。


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在前半部分,他不僅介紹了整個行為,還給我們看了一部較長的電影,以高倍放大和高解析度展示了這種複雜行為的所有步驟(您可以在這裡看到一張很酷的黃蜂頭部照片)。

首先,黃蜂用它的刺快速地刺一下蟑螂的身體(胸部)然後飛走。過一會兒,蟑螂開始狂躁地梳理自己一段時間,然後完全靜止不動。一旦蟑螂變得靜止,黃蜂就會回來,非常仔細地將自己定位在蟑螂的頂部,並將毒液非常精確地注入蟑螂頭部的食管下神經節。毒液是多巴胺和蛋白質毒素的混合物,因此效果是行為改變而不是麻痺。

顯然,黃蜂的刺具有受體,引導它找到精確的目標

“為了研究是什麼引導了刺,以色列本古裡安大學的拉姆·加爾和弗雷德里克·利伯薩特首先將黃蜂介紹給大腦已被移除的蟑螂。通常,黃蜂需要大約一分鐘才能找到目標、蜇刺並飛走。但在無腦蟑螂中,黃蜂在空洞的頭部腔中搜索了平均 10 分鐘。注入黃蜂體內的放射性示蹤劑顯示,當它們最終蜇刺時,它們使用了大約 1/6 的常用毒液量。黃蜂知道有些不對勁。”

然後,黃蜂鋸掉蟑螂觸角的尖端,並從中吸取血淋巴。它築巢——只是一個由土壤和鵝卵石製成的小漏斗,並透過拉動蟑螂的觸角(就像牽狗繩一樣)將蟑螂引導到漏斗中。然後它在蟑螂的腿上產卵,用一塊石頭封住漏斗的入口,然後離開。蟑螂仍然活著,但在巢穴中完全靜止不動很長一段時間(大約五週)。毒液除了消除蟑螂的所有防禦行為外,還減緩了蟑螂的新陳代謝,使其在沒有食物和水的情況下也能存活更長時間。過一段時間後,黃蜂卵孵化,啃食進入蟑螂的身體,吃掉蟑螂的內臟器官,然後化蛹並孵化。從(現在已死的)蟑螂中出來的不是幼蟲(通常發生在昆蟲寄生蜂身上),而是一隻成年黃蜂,準備交配並在新的蟑螂身上產卵。

為什麼演講的後半部分令人失望?我知道事實上我不只是那裡唯一一個期望更深入地瞭解這組高度複雜行為的進化方面的人。然而,演講走向了不同的方向——當然,這本身很有趣,但不如一個進化故事那麼有趣。利伯薩特以細緻入微的細節描述了實驗,這些實驗逐一揭示了蟑螂逃生行為(被毒素抑制的行為)的神經解剖學、神經生理學和神經化學的秘密,以及毒素混合物的化學成分。一個神經節接一個神經節,一個神經元接一個神經元,一種神經遞質接一種神經遞質,整個行為都在螢幕上為我們繪製出來。這是一項令人印象深刻的壯舉,但當我們都對一個酷炫的進化故事充滿渴望時,這令人失望。

例如,他沒有說這兩種物種的地理重疊程度是多少。之後我不得不自己查閱。美洲蟑螂幾乎遍佈世界各地。黃蜂也具有廣泛的地理範圍,從非洲到新喀里多尼亞(幾乎位於澳大利亞和斐濟之間)以及自 1941 年以來,夏威夷(另一種非本地物種對島嶼造成破壞的例子),但並非世界各地都有,尤其是在熱帶地區以外——地球上肯定有蟑螂但沒有Ampulex compressa的地方。

在大多數情況下,當一個物種容易受到另一個物種的毒液或毒素的影響時,共享地理位置的種群也會進行進化軍備競賽。毒液的受害者進化出針對另一物種攻擊的行為防禦和對毒液的生化抵抗力。反過來,毒液進化得越來越有效,動物變得越來越狡猾或偽裝或快速,以繞過行為防禦。

有許多這樣的進化軍備競賽的例子,其中一個物種是有毒的/有毒的,而另一個物種進化出抵抗力。例如,西海岸的束帶蛇喜歡吃粗皮蠑螈。但這些蠑螈的皮膚分泌河豚毒素。捕食者沒有毒性,但它必須應對危險的獵物。因此,在同域分佈(兩個物種共存的地方)蛇進化出了一種不同的鈉通道版本。這個版本使通道不太容易受到河豚毒素的影響,但有一個缺點——蛇總體上更慢更遲鈍。在同一地區,蠑螈似乎正在進化出更有效的皮膚毒素混合物。

類似的例子還有沙漠地松鼠和響尾蛇(松鼠的行為和生化創新),沙漠小鼠(美國西南部)和蠍子(再次強調,獵物是有毒的),以及蜜蜂和鬼臉天蛾(蛾子進入蜂巢偷蜜,過一會兒會被蜜蜂蜇傷)。

但是利伯薩特從未想過與翡翠黃蜂同域分佈的蟑螂是否進化出任何型別的抵抗力,無論是行為上的還是生理上的。也許與黃蜂相比,蟑螂的數量龐大,使得任何選擇壓力對於防禦的進化來說都太弱了。但這需要測試。他還從未說明黃蜂的攻擊發生在白天還是晚上。蟑螂是夜行動物,避開光線。他展示的電影是在實驗室的完全照明下拍攝的。黃蜂在晚上尋找和攻擊蟑螂是否更困難?蟑螂在白天逃跑或自衛是否更困難?這些問題需要提出。

另一個缺失的資訊是與Ampulex compressa親緣關係最近的黃蜂物種的寄生行為調查。我們能否識別,或者至少推測出,這組複雜行為(以及毒液本身)的進化步驟?這種行為的前身是什麼:在發現的蟑螂屍體上產卵,在蟑螂屍體上產卵之前殺死蟑螂,在其他宿主上產卵?我們不知道。我希望有人正在研究這些問題,並且很快會發表文章給我們帶來驚喜。

但請允許我用“卡夫卡”為這次場合署名的評論員在齊默部落格上發表的一句詼諧評論來結束

“我做了一個夢,夢見自己是一隻蟑螂,而黃蜂安·庫爾特用她的刺刺了我,殭屍化了我的大腦,拉著我的觸角把我領到她在福克斯新聞的巢穴,並在我身上產下了她的新保守主義卵。很快,一隻新生的小大學共和黨破殼而出,鑽進了我的身體,從內部吞噬了我。安·庫爾特的設計可能是聰明的,但她是一個殘酷的上帝。”

The Loom 上的那篇文章吸引了大量的評論。不幸的是,其中大多數與蟑螂和黃蜂無關——卡爾的部落格自然而然地吸引了很多神創論者,因此大部分討論都是關於智慧設計論的辯論。然而,卡爾很高興地報告說,一位真正研究過這種黃蜂/蟑螂配對的研究生出現在帖子中,並留下了一條評論,其中還回答了我在本文中提出的一些行為和進化問題。

您可以觀看此處此處連結的一些電影。

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