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萤火虫在浪漫的萤火背后,隐藏着哪些残酷却又如此奇妙的秘密?啄木鸟啄木的频率达到每秒20次,每次撞击相当于以每小时25千米的速度撞墙,而啄木鸟为什么不会得脑震荡?南极有着非常适合北极熊生存的条件,但是为什么南极没有熊?蜜蜂的舞蹈能够传达的信息数量大约10亿条,在所有动物信息传播系统中,仅次于人类语言,蜜蜂是如何报信的?为了讨好对方,雄舞虻会为它的梦中情人送什么结婚礼物?
科学是美丽的!有什么童话会比生物的发育更美妙,有什么神话会比生物的进化更神奇,有什么史诗会比宇宙的演化更宏伟呢?科普作家方舟子通过文笔生动的90篇科普美文,为你介绍奇妙的自然现象、有趣的科学发现和鲜为人知的科学史趣闻轶事,向你展示科学原本的魅力。
萤火虫的战争
2006年的夏天我是在新英格兰度过的。在新英格兰夏夜的草地上,可以看到许多萤火虫飞舞。我突然想起,我已经有很多年没有见到萤火虫了。在我近年来长期生活的地方,是没有萤火虫的:北京的市区固然不必说,南加州的郊外也见不到萤火虫的踪迹。实际上,由于未知的原因,美国自堪萨斯州以西,萤火虫就难得一见了。
一般人都知道萤火虫发光是为了寻找配偶。在北美夜空做灯火表演的是雄萤火虫。雌萤火虫则躲在地面草丛中,见到同种雄萤火虫发出的信号后,再发光做出回应。双方一来一往地用光相互联系,直到雄萤火虫确定了雌萤火虫的位置,飞到它的身边,然后开始交配。
萤火虫在全世界有大约2000种,在北美见到的萤火虫大多数属于两个属:体型较小、发黄光的否提那斯属,体型较大、发绿光的否丢瑞斯属。不同种类的萤火虫有不同的发光模式,光的颜色、持续时间、间隔、闪烁次数及飞行高度等方面各不相同。同一属的萤火虫的形态往往长得很相似,区分它们的重要特征就是其发光模式。独特的发光密码使同种雌雄能相互识别,避免出现有害的杂交,进化生物学将这种现象称为“生殖隔离”机制。
北美最常见的一种萤火虫属于黄光萤火虫,俗称“北斗”,它发出的是黄绿色荧光。雄虫靠近地面飞行,每隔6秒钟发一次光,持续时间大约半秒,发光时向上飞行,形成一个“J”字。地面上的雌虫如果看到了,会等大约2秒钟再发出一次持续半秒钟的闪光做出响应。其他种的萤火虫的发光模式与此不同:有的每间隔2~3秒钟就发出持续时间长达2~3秒的光,有的每隔3~4秒钟快速地闪3次,有的发光模式则类似于莫尔斯电码中的“点-划”(先快速闪一次,再来一次长时间的)……
如果你读得懂发光密码,就可以知道在你眼前飞舞的萤火虫属于哪个物种。而且,如果你用小手电筒模拟某种雄虫的发光密码,甚至可以吸引那个种的雌虫和你对话。
在上个世纪60年代,康奈尔大学昆虫学家洛伊德(James E. Lloyd)利用这个窍门,用手电筒作为工具来捕捉他想要的那个物种的雌萤火虫。他当时主要对黄光萤火虫感兴趣,但是他有些奇怪地发现,绿光萤火虫的雌虫也会对他发出的黄光萤火虫的信号做出回应。这是为什么呢?难道这二者之间的“生殖隔离”不那么明显?
答案在1965年4月6日的晚上揭晓。当时他在佛罗里达寻找一种黄光萤火虫雌虫,用手电筒发出该种雄虫的信号(两次间隔2秒的快闪,每4~7秒重复一次),收到强烈的响应,走近一看,是一只较大的绿光萤火虫雌虫,而绿光萤火虫雄虫发出的信号很不同(每3~5秒发一次光)。洛伊德就待在这只雌虫的身边进行观察。在半个小时内,这只雌虫共吸引了12只黄光萤火虫雄虫的注意,最后1只在和雌虫交换了几次信号后,停在雌虫的附近。十几秒后,洛伊德打开手电筒,发现绿光萤火虫雌虫正抓住黄光萤火虫雄虫,咀嚼它的后背。
大多数种类的萤火虫成虫以花蜜或花粉为生,甚至什么都不吃,但是绿光萤火虫雌虫却通过打信息战以捕捉其他萤火虫为乐,这是为什么呢?除了增加营养,还有没有别的原因呢?对此,康奈尔大学的昆虫学家艾斯纳(Thomas Eisner)等人通过实验给出了一个出人意料的答案。
我们先来思考一下这个问题:萤火虫在黑暗中发光,如此公然暴露自己,就不怕被天敌捕捉吗?如果说这是为了爱情不怕牺牲,那么它们的幼虫和卵也都在持续地发光(甚至某些成虫不发光的萤火虫,其幼虫和卵也都发光),又是为什么呢?原来,萤火虫的卵、幼虫和成虫的体内含有类似于蟾蜍毒素的毒素,鸟类、蜘蛛等天敌很害怕这种毒素,所以发光其实也是一种警告:我有毒,别吃我!
绿光萤火虫却偏偏不会自己生产这种毒素,其雌虫在捕食了黄光萤火虫雄虫之后,黄光萤火虫雄虫体内的毒素就转移到了绿光萤火虫雌虫的身上,再传给绿光萤火虫的卵和幼虫。所以,绿光萤火虫雌虫设计捕食黄光萤火虫雄虫的主要原因,是为了巧取化学武器武装自己。
绿光萤火虫雄虫自己也不会生产毒素,但是体内也携带着毒素。这些毒素又是从哪里来的呢?昆虫学家们怀疑它们是通过豪夺——在空中直接捕食黄光萤火虫雄虫——得来的。在实验室里,绿光萤火虫雄虫会捕食黄光萤火虫雄虫,在野外是否也会如此,则还是个谜。
在浪漫的萤火背后,隐藏着的秘密如此残酷,却又如此奇妙!
……