(一)探索昆虫:科学研究的好材料

 

 

  从前面章节的介绍中,你已了解到在种类多、个体小的昆虫世界中,它们已显示出自身别具特色的本领与才干。与昆虫相比,在某些方面人类也不得不自叹不如。但是,科学家们正在努力研究和揭示昆虫所具有的奥妙,使它们贡献和服务于人类。

  1.果蝇会“学习”、有“思想”

  学习是我们人类的认知本能,“从经验中学习”也是我们常听到的一句话。但要问为什么人天生就具备这种内在的本能?却不一定每个人都能说得清。于是,科学家们从既容易饲养又好操作的小昆虫——果蝇入手,通过科学实验,来揭示其中的奥秘。

  科学家们首先是发现,雄性果蝇可以学会的一件事,就是在追求异性时,它对“未婚妻”的贞操十分看重。它不会在一只已交配过的雌蝇那里浪费更多的时间。同样,这只雌蝇也不会接纳它。当雄蝇不知疲倦地围绕一只雌蝇转圈,跳舞,并向雌蝇振动一侧翅膀“唱出”优美的“求爱歌”后,在30分钟到1个小时内,如果这只雌蝇早已成婚或有孕在身,就会散发一种抑制信息素,当雄蝇弄清自己追求的是一只已交配过的雌蝇,它便会失去兴趣。一巳这次求爱行动受阻,它会对所有的无论是否交配过的雌蝇都失去兴趣,这种状态要持续几小时之久。对群体的繁衍来说,这种学习大有好处,在一群雌蝇中已有一只交配过的雌蝇存在,就等于向求爱者发出信号——这里绝大多数或全部的雌蝇都交配过了,最好把精力放到别处去吧。

  这种现象引起科学家的极大兴趣,进一步研究发现,果蝇之所以会“学习”,而产生“思想”,是由于体内有一种CaMKII酶可以帮助神经活动记录经验,诱导分子发生改变,成为学习的基础。这在CaMKII蛋白酶活力通过提高其体温便可停止的果蝇新品系中得到充分的证实。有趣的是,一旦这种酶的活力稍有下降,这一品系果蝇的行为就变得怪异起来,与正常果蝇不同的是,他们似乎会立刻忘记求爱的挫折,当把他们刚从一只已交配过的雌蝇那里移到另一只雌蝇面前时,它不计前嫌,立即开始新的求爱过程。当CaMKII酶被再度抑制时,这些雄蝇完全不能学习,他们会向已交配过的雌蝇一追到底,无节制地表达爱意长达数小时。

  那么刨根问底,酶又是怎样帮助记录下经验的呢?这又引出了神经活动的第二个学习遗传基因eag基因。这个基因是在60年代发现命名的,携带eag基因的果蝇被麻醉时,腿开始颤动。由eag基因产生的EAG蛋白同样会让雄果蝇呆头呆脑地向雌蝇求婚。经过科学家长期的研究,现在已经清楚,雄果蝇在向一只交配过的雌蝇求婚时,它就暴露在雌性释放的抑制性信息素中,它感受后,把信息传递到脑的特定部位,把积累钙的开关打开,使CaMKII酶作用EAG蛋白,使这些神经细胞安静下来,雄果蝇便失去了求爱的兴趣。不论CaMKII酶或EAG蛋白出了什么毛病,雄蝇都会错误地把“已婚”雌蝇当成自己的意中人而大献殷勤。甚至发生“同性恋”。由此可见,CaMKII酶和eag基因是影响果蝇学习和记忆的两个要素。学习的行为不是上帝赋予的天分,而有着实实在在的遗传物质基础。

  不久,在果蝇中发现的学习基因,像eag基因等,又在人脑中被发现。那么你也许会问,科学家们彻底揭开人类极其复杂的学习记忆行为的遗传奥秘,为期还会很遥远吗?

  2.昆虫喜爱吃木头

  在昆虫中,白蚁和蟑螂都喜欢吃木头。木头是由纤维素组成的,即使是大型哺乳类动物吞下纤维素后也难以消化,更何况小小的白蚁和蟑螂,为什么它们爱食木头呢?这里有十分奇特的昆虫和原生动物的共生现象。

  科学家发现在白蚁、蟑螂的后肠中聚集了成千上万的原生动物群,人们肉眼是看不见它们的,只能利用高倍显微镜才能观察到。消化的过程令人叫绝:木头进入昆虫消化道后,先由一些肠道内的瓣把它磨碎,再进入宽大的后肠,后肠中成百万的原生动物把磨碎的木头变成糖分和其他营养物质,原生动物再把这些改造成液体食物送返中肠,由血液系统吸收。为了进一步证实共生现象的存在,科学家特地做了一个有趣的实验,将白蚁置于高温、高压状态中,其肠中的原生动物死尽,而白蚁却不会受到伤害,失去了腹中伙伴的白蚁竟对木头毫无食欲,最后迅速饿死。由此可见,白蚁对原生动物有多么依赖,共生现象中二者缺一不可。

  最近美国科学家泰姆认为白蚁的共生现象并非如此简单。原生动物又是靠什么来消化木头的呢?他的实验表明,原生动物的消化能力来自于一种更小的细菌。每个原生动物表面附有几千个细菌,呈杆状,长2~3微米,有鞭毛。细菌排成呈螺旋形走向的条带,沿直线向前滑行。头尾相联的鞭毛形似鞭毛束,鞭毛束的波动都是朝着原生动物后端运动,形成的流体推力带动原生动物做川流不息的运动。这一系列环节最终促使原生动物对纤维素的彻底分解和消化。若没有这些细菌,原生动物对白蚁、蟑螂来说,只是一无是处的寄生生物而已。

  科学家为我们揭示了生物共生现象中的一种较为奇特的现象,对白蚁、蟑螂爱吃木头的原因有了科学而全面的了解,它并不神秘,完全是生物经长期演化后的相互适应及巧妙安排。

  3.跳跃名将的秘诀

  跳蚤会跳似乎是天经地义的事情。一只普通的跳蚤一跳可达30厘米,是其身长的200倍,这就等于一个人跳跃360米左右。与跳蚤相比,蚱蜢逊色多了,它一跳也可超过其体长20倍,即一个人可跳过一座五层楼的房子。然而科学家经过长期的观察研究却发现,跳蚤和蚱蜢根本不会跳。这究竟是怎么一回事呢?

  原来跳蚤的祖先是一种有翅昆虫,其翅膀中富有一种有弹性的胶状蛋白质,这种昆虫进化成跳蚤后,胶状蛋白质就聚集在其后足的肌肉纤维中。当肌肉绷紧后,胶状蛋白质的收缩会产生巨大爆发力,于是跳蚤就像离弦之箭被弹射出去,直到几十厘米的高处。蚱蜢的后足又长又粗,后足肌肉纤维十分结实,股节与胫之间角度很小,后足稍用力,角度突然变大,两足能够产生8倍于蚱蜢本身体重的冲力,蚱蜢就像炮弹一样射出去了。科学家对蚱蜢进一步研究后发现,如果蚱蜢尾部受到刺激,它就会“跳”,对于声波和来犯者靠近时气压的变化,蚱蜢的触觉器官会有所反应。神经系统命令足部肌肉紧缩并“起跳”躲避危险。蚱蜢“跳跃”距离长短取决于神经发送命令信号的强弱程度。蚱蜢要想“跳”得远的话,必须发动每一条后足里的大约3500根肌肉纤维,这一过程大致在1/30秒中完成。由此可见,跳蚤和蚱蜢行动时不是跳跃,而是弹跃。

(邵红光;乐文俊)