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植物“果實”?不,這些其實都是癭蜂蟲癭的偽裝

文章來源:  |  發(fā)布時間:2020-03-25  |  作者:葛青松、秋西(核糖公寓)、楊梅  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  請問你覺得下圖這些是某種植物的果實嗎? 

 

圖片來源: Flickr 

 

圖片來源: Flickr 

 

圖片來源: Flickr 

  如果回答"是",那你們就上當(dāng)受騙啦!

  不瞞你們說,我也曾經(jīng)是受騙者:某次出差中我見到了銳齒槲櫟(Quercus aliena var.acutiserrata)的"果實"(左下圖),但它本該是另一幅樣子(右下圖),是我的打開方式不對嗎?

 

圖片來源: 上官法智 

 

銳齒槲櫟"果實"剖面的安癭蜂幼蟲 圖片來源: 上官法智 

 

"果實"中鉆出來的某種安癭蜂andricus 圖片來源: 上官法智 

  原來這些"果實"都是癭蜂蟲癭的偽裝!

  "癭"指的是植物受到外界刺激后形成的瘤狀突起,而""字說的便是致癭昆蟲,也就是癭的制造者。昆蟲通過產(chǎn)卵與取食時的化學(xué)刺激或物理刺激使植物細胞加速增長、異常分化,最后形成堅硬的蟲癭(insect gall)。蟲癭在野外很常見,多數(shù)表現(xiàn)為葉片上的小突起、小瘤子、不規(guī)則的斑點等。

 

不同類型的蟲癭圖片來源: Flickr&上官法智

  小型昆蟲的寄生行為十分普遍,過程簡單粗暴,要么直接依附在其他動物體外,要么深入植物體內(nèi)啃食。而像癭蜂這種寄生在植物組織中的"素食"行為并不多見。除了前面提到的癭蜂科(Cynipidae),"素食"的寄生者還有癭蚊科(Cecidomyiidae)、癭綿蚜科(Pemphigidae)和薊馬科(Thripidae)等類群的小型昆蟲。而每種昆蟲所寄生的植物種類與部位又不盡相同,從針葉到闊葉,草本到木本,葉片到嫩莖,都能發(fā)現(xiàn)蟲癭的蹤跡。但大多數(shù)情況下,一種致癭昆蟲只在一種植物的特定部位造癭,因此蟲癭可以用于鑒定某類植物和寄生昆蟲,如前面提到的銳齒槲櫟就與安癭蜂屬的小飛蟲有著穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性。

 

左圖為癭蜂,右圖為姬蜂 圖片來源: Marc Kummel, flickr .and wikipedia.

  在各種致癭昆蟲中,癭蜂算是最成功的致癭昆蟲,幾乎包攬了蟲癭界創(chuàng)造力大獎。它建造了各種形狀特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蟲癭,發(fā)展了獨特的跳躍行為和高效的繁殖策略。它的物種數(shù)量進化發(fā)育超過千種,成就了多樣性極高的龐大家族。

  癭蜂"打造"的蟲癭形態(tài)最為復(fù)雜精妙。從外面看,癭蜂的癭房一般是球狀、刺狀、菱角狀等,有的甚至像極了某種果實。掰開癭壁看,最外層的植物組織增厚、變硬,保護著其中的幼蟲,里層的細胞則柔軟、富有營養(yǎng),而最中間的空腔豪宅居住著脆弱的癭蜂幼蟲。這種結(jié)構(gòu)的生存優(yōu)勢顯而易見:既能使幼蟲不受外界環(huán)境影響,又能免去捕食者的攻擊,幼蟲就安心地躲在癭中大肆取食植物組織,慢慢地長大。

 

圖片來源: literature:蟲癭與致癭昆蟲 

 

圖片來源: 參考文獻6

  北美擁有世界上物種多樣性最高的橡樹林(oak),其中被當(dāng)?shù)厝朔Q之為俄勒岡白橡樹(Quercus garryana)的樹種,是一種著名癭蜂(Neuroterus saltatorius)的寄主植物。這種癭蜂的幼蟲平日里安靜地在癭中生活,與其他蟲癭相比并沒有特別之處??墒且坏搅讼奶欤~片上的蟲癭便不安分起來,紛紛脫落,密密麻麻。落在地上的蟲癭隨即不停地跳了起來,雖然每個蟲癭只有1毫米大小,卻能以3厘米高的跳躍力量,漫無目的地跳上好幾天。這種獨特的跳躍行為很難不引起人們的注意,當(dāng)?shù)厝朔Q它們?yōu)镴umping Gall Wasps。但看似盲目的行為體現(xiàn)著癭蜂獨到的生存智慧——因為只要不停地跳下去,最終就很有可能掉進石縫或者落葉中,而那里不僅有著穩(wěn)定的低溫和高濕環(huán)境,還能躲避其他寄生蜂的威脅。于是帶著癭的幼蟲就安定下來,化蛹越冬,到春天來臨再咬破癭壁,開始另一個世代。

 

圖片來源: MEETGAB and Featured Creatures.

  然而癭蜂最為神奇的生存策略,不是蟲癭的結(jié)構(gòu)與跳躍行為,而是一種被稱作周期性單性生殖的繁殖方式。在昆蟲這種以子代數(shù)量取勝的動物中,這種繁殖方式并不罕見,蚜蟲就是人們熟知的單性生殖策略昆蟲,它們一年中大多數(shù)生育行為都是孤雌生殖,不需要交配;只有在環(huán)境變化的夏末,才進行一次有性繁殖,產(chǎn)生適應(yīng)力較強的后代,以度過漫漫寒冬。癭蜂的單性生殖繁殖策略則更為高效,有著嚴格的周期性。大多數(shù)癭蜂只繁殖兩個世代,一次有性、一次單性。在早春,氣溫回升,越冬的癭蜂便咬破癭壁羽化出來,雌雄交配進行有性繁殖,交配后未受精的卵發(fā)育成單倍體雄性,受精卵發(fā)育成二倍體雌性。第一個世代產(chǎn)生的后代將在夏天羽化,并進行單性生殖,后代全部為雌性,不需要交配受精就能產(chǎn)卵。由于不需要與雄性交配,有的物種的雌蜂甚至連翅膀也退化了,在節(jié)約能量的同時,增加產(chǎn)卵數(shù)量,實現(xiàn)繁殖的利益最大化。

 

左圖有性繁殖蟲癭形態(tài),右圖無性繁殖蟲癭形態(tài) 圖片來源: Featured Creatures.

  癭蜂雖然是寄生蜂家族中溫和的素食者,但并未和它的親戚就此劃清界限,而是通過被寄生的方式,與它們發(fā)生著聯(lián)系。在美國東南部地區(qū)廣泛分布著一種癭蜂(Bassettia pallida),它們寄生于佛吉尼亞橡樹(Quercus virginiana)、砂槲樹(Quercus geminata)的細枝嫩莖上,幼蟲們緊挨著彼此建造多個豪華公寓(蟲癭),形成不起眼的腫塊,在癭房中韜光養(yǎng)晦。作為它們的天敵,同樣是寄生蜂的姬小蜂(Euderus set)并不依靠視覺來尋找蟲癭,而是快速地敲打著觸角,循著氣味找到蟲癭聚集的位置,豎起鋒利纖細的產(chǎn)卵管刺破蟲癭,精確地將卵產(chǎn)在癭蜂幼蟲的體內(nèi)。姬小蜂的幼蟲孵化后便小心翼翼地在癭蜂幼蟲體內(nèi)取食,絕不傷害關(guān)鍵器官,以免殺死寄主。癭蜂的幼蟲原本會成功化蛹、羽化,然后在癭壁上咬一個大于體寬的洞口飛去外面的世界。但這時它做不到了,寄生的姬小蜂會發(fā)出信號,讓它在洞口還不夠?qū)挄r便停了下來,像酒瓶上的軟木塞一般,用頭部死死地堵住洞口。癭蜂幼蟲隨即停止了活動慢慢死去,姬小蜂最終將寄主的身體吃凈,再咬穿寄主的頭部,從寄主為其挖掘的洞口飛離了蟲癭。

 

圖片來源: Pinterest.

  這一套精妙復(fù)雜的擬寄生行為,其實是與它的身體結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的,姬小蜂體型過于微小,口器也不如癭蜂的發(fā)達,咬不開堅硬的蟲癭,只好驅(qū)使寄主為自己勞動,咬開狹小的窗口來為日后的羽化做準(zhǔn)備,以免自身被困其中。

 

圖片來源:參考文獻4

  癭蜂的"成功"策略,對于昆蟲眾多復(fù)雜的生存行為來說,只是冰山一角。在昆蟲的世界里,還有更多有趣的現(xiàn)象等待人們?nèi)リP(guān)注,哪怕是蟲癭本身也還有諸多謎團尚未解開:幼蟲究竟是通過什么物質(zhì),能夠如此定向地影響了植物組織的分化與變異?產(chǎn)生了眾多的蟲癭形態(tài),它們有怎樣的功能與意義?一切都等著我們進一步的發(fā)現(xiàn)和探索!

  參考資料:

  [1] Graham N. Stone1&James M. Cook. The Structure of Cynipid Oak Galls:patterns in the evolution of an extended phenotype[J]. 1998 The Royal Society.

  [2] Saige Manier & David Deamer. Jumping Galls:a Novel Mechanism for Motility[J]. Insect Behav DOI 10.1007.

  [3] Peter W. Price et al. Hypotheses On The Adaptive Nature Of Galls[J]. PROC. ENTOMOL. SOC. WASH. 88(2), 1986.

  [4] Anna K. G. Ward et al. A keeper of many crypts:a behaviour-manipulating parasite attacks a taxonomically diverse array of oak gall wasp species.

  [5] Graham N. Stone & Karsten Scho¨ nrogge.The adaptive significance of insect gall morphology[J]. TRENDS in Ecology and Evolution Vol.18 No.10 October 2003.

  [6] Graham N. Stone, Karsten Schonrogge et al. the population biology of oak gall wasps (hymenoptera: cynipidae)[J]. Annu. Rev. Entomol. 2002. 47.

  [7] 王光鉞、王義平、吳鴻。蟲癭與致癭昆蟲[J].昆蟲知識,2010,47(2)。

    來源:科普中國


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