跳躍的線蟲!微小的蠕蟲跳躍以接近下一個受害者

一種名為 Steinernema 的微小蠕蟲可以彈射自身,其距離幾乎是自身長度的十倍,高度的七倍,以追逐新的宿主。

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我們人類不是最好的跳躍者,但像大多數事情一樣,這並不能阻止我們嘗試。男子跳遠世界紀錄是24英尺四又四分之一英寸,大約是六英尺高的人身高的四倍。跳高紀錄是8英尺半英寸——僅僅比一個人的身高略高一點。

然而,一種名為 Steinernema 的微小線蟲蠕蟲可以彈射自身,其距離幾乎是自身長度的十倍,高度的七倍,以追逐新的宿主昆蟲。 這就好比在森林中行走時,你不得不躲避從地面向你投擲過來的食肉蚯蚓(而且你沒有靈巧的手指和對生拇指來移除它們。熱愛這些拇指!!)。


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然而,如果您是蟋蟀或螽斯,這就是您的現實。

這隻螽斯的情況不妙,它獲得了一個致命的“搭便車者”,箭頭指示了這一點。圖 1E 來自 Hallem 等人,2011 年。點選此處檢視來源。

線蟲是微小的動物,也稱為蛔蟲。雖然設計相對簡單,但基本的線蟲身體結構經歷了巨大的自然選擇,產生了許多非常奇特的變異(正如我在“一本沉悶的政府年鑑及其美麗的奇異蠕蟲”中寫到的)。 它們在數量上也佔據地球的主導地位(正如我在“寄生蛔蟲統治這個地方”中寫到的)——地球上每五隻動物中就有四隻是線蟲。 它們被發現在植物上吸食汁液,在地球上幾乎所有的環境中攻擊或捕食獵物或食腐。

跳躍的線蟲——所有已知的都屬於 Steinernema 屬——要麼是寄生的,要麼處於積極搭乘過往昆蟲的階段。 Steinernema 專門將它們的宿主變成一個可居住/可進食的廚房; 一旦完成,就爬出該宿主腐爛的遺骸; 識別一個新的倒黴蛋,爬到它身上,或者在必要時,將自己發射到它身上; 鑽入內部; 釋放大量致命的共生細菌,這些細菌迅速壓倒並殺死昆蟲; 然後繼續在屍體內部進食和繁殖小蠕蟲兩到三代,以便新的線蟲可以爬出來並再次重複這一切。真有趣!

成年 Steinernema 正在享用不限量的蟋蟀屍體自助餐。箭頭指示單個蠕蟲。圖 1F 來自 Hallem 等人,2011 年。點選此處檢視來源。

Steinernema 線蟲正在狼吞虎嚥地吃美味的死蠟蟲。箭頭顯示一群線蟲成團地從屍體中湧出,這是瞬時運動行為的一部分,目的是被下一個蠟蟲撿起。 黃色箭頭指示單個蠕蟲。圖 1G 來自 Hallem 等人,2011 年。點選此處檢視來源。

線蟲也不是盲目跳躍的。識別它們的下一個宿主是對環境線索的反應,特別是當線蟲聞到它們的下一頓飯正在送上門時。 而且線蟲不僅可以聞到它們的下一頓飯正在到來並跳躍以抓住它,它們還可以根據周圍空氣的流動進行瞄準

我們對這些特定線蟲瞭解如此之多的原因是我們將它們用作昆蟲害蟲的生物防治劑。 Steinernema 並不挑剔。 它會攻擊多種昆蟲。

科學家早在 1965 年就意識到,一些線蟲具有驚人的雜技能力。 第一份報告發表在不亞於《自然》雜誌的權威刊物上 [免責宣告:《大眾科學》《自然》所有],描述了一種神秘的線蟲,僅以其超級間諜程式碼名“DD 136”稱呼,它具有這種特殊的蛔蟲魔法。

在一系列精美的示意圖中,科學家們闡述了將蛔蟲送入近地軌道(或至少送到最近的蟋蟀身上)所需的發射序列。

圖 1 來自 Reed 和 Wallace,1965 年。點選此處檢視來源。

正如第一支團隊解釋的那樣,線蟲首先像旗杆一樣將自己豎立起來,彎曲的尾巴支撐著直立的身體。 站立是最好的,因為它減少了蠕蟲經歷的表面張力,使其更容易抓住過往的動物,或者在必要時跳躍。

在這種姿勢下,蠕蟲首先來回擺動,這種行為稱為瞬時運動。 如果這種動作未能確保新的住所,線蟲然後向後彎曲自身,使其頭部接觸靠近尾部的身體,形成一個被水滴密封的環。 環內側的肌肉收縮以保持姿勢,這部分受到靜水壓力的抵抗,即體液對動物角質層或皮膚的壓力(這種壓力與您將氣球藝術家的氣球對摺時所感受到的壓力相同)。

當蠕蟲準備好行動時,它會放鬆環內側的肌肉並收縮外側的肌肉。 這種力與靜水壓力一起,在環上施加張力,而這種張力又受到水滴表面張力的反作用力。 最終,線蟲戰勝了水滴,水滴災難性地失效。 彎曲的勢能突然轉化為動能,蠕蟲彈回原狀。 當線蟲的頭部恢復其自然位置時,其加速度產生動量,使線蟲擺脫將尾部固定在表面的水滴,並將其送入廣闊的天地。

1999 年,另一個研究小組也在《自然》雜誌上撰文,將早期的解釋描述為“不準確”。 根據他們的說法,一旦線蟲形成身體的環,它就會使用正常的 S 形爬行動作將其頭部向地面上的尾部滑動,從而使環變小,但環內的彎曲變得更緊。 當環頂部的角質層被充分拉伸,而環內側的角質層在壓力下扭結時,就會積聚足夠的力來打破將環固定在一起的水滴中的表面張力。 其餘的跳躍過程與之前的描述幾乎相同。

要觀看現實中發生的情況,請檢視加州理工學院科學家團隊拍攝的線蟲跳躍影片,可在此處此處觀看。 您幾乎可以聽到“Pee-yew!!!”的音效。

環彈開的力量不僅足以打破將蠕蟲固定在其表面水滴上的張力,而且還能將其平均推進自身長度九倍的距離(5 毫米,或半釐米)和自身長度七倍的高度(4 毫米),作者計算得出。

雖然線蟲太空計劃不得不承認還處於起步階段,但 Steinernema 屬的成員已發誓在本十年末之前將線蟲送上月球。 雖然這聽起來可能雄心勃勃,但他們已經成功地到達了比任何人類在沒有輔助的情況下所能到達的更深的地方,至少在地球表面以下 1.3 公里(可能為 3.6 公里)。 所以真的……一切皆有可能。

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參考文獻

Campbell, James F. 和 Harry K. Kaya。“寄生線蟲如何以及為何跳躍。” 自然 397, no. 6719 (1999): 485-486。

Hallem, Elissa A.,Adler R. Dillman,Annie V. Hong,Yuanjun Zhang,Jessica M. Yano,Stephanie F. DeMarco 和 Paul W. Sternberg。“寄生線蟲尋找宿主的感官程式碼”當代生物學 21, no. 5 (2011): 377-383。

Reed, E. M. 和 H. R. Wallace。“昆蟲寄生線蟲的跳躍運動。” 自然 206 (1965): 210-211。

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