昆虫为群体利益牺牲自己的四种激烈方式

当情况变得艰难时,坚强的人会自我毁灭。

在婆罗洲的热带雨林中,生活着一种名叫Colobopsis explodens的红褐色蚂蚁,它们确实懂得如何轰轰烈烈地离开。当与另一个蚁群的蚂蚁交战时,C. explodens工蚁会撕裂自己,喷射出有毒的液体来迅速结束战斗。这些工蚁在执行这个强大的举动时死去,但它们的牺牲保护了蚁群的其他成员免受织布蚁等掠食者的侵害。

这并非典型的动物行为。大多数生物的行为方式是为了最大限度地提高自身的生存机会,并将基因遗传给后代。C. explodens工蚁通过自毁并没有实现这两者中的任何一个——但它们并非唯一这样做的昆虫。它们属于一个被称为“爆炸蚁”的群体,分布在东南亚各地。自杀式牺牲也出现在许多生活在群体中的昆虫身上,包括其他蚂蚁、白蚁、蜜蜂和某些蚜虫。

“失去一只小工蚁的成本可能很低,但同时,阻止入侵者(如可能摧毁整个蚁群的大型脊椎动物捕食者,甚至可能袭击蚁群的其他昆虫)的好处可能非常巨大,”北卡罗来纳大学格林斯伯勒分校的生物学家Olav Rueppell说。

自杀式牺牲可能变得相当复杂,在某些情况下,即使没有激烈的战斗也会发生。以下是一些昆虫为保护巢友而采取的最极端的举动,从自我剖腹到离开巢穴的安全去独自死去。

剖腹

如果你曾被蜜蜂蜇伤,你可能就体验过昆虫的自我毁灭,它们撕裂自己的身体,将刺留在了你的皮肤里。但通常情况下,剖腹的昆虫是针对其他虫子的。

C. explodens就是这种情况,它也被昵称为“黄色黏液”,以其标志性化学武器的颜色命名。维也纳自然历史博物馆的昆虫学家Alice Laciny说,人们认为这些蚂蚁通过收缩肌肉直到腹部和内腺破裂并渗出粘性液体来“爆炸”。

对于它们面对的掠食性蚂蚁来说,被黏液沾上是致命的。如果敌人咬到有毒的黏液,它就会失去对四肢的控制,并在几秒钟内死亡。否则,黏液就会卡住它的关节,使这只不幸的昆虫动弹不得。即使它死了,C. explodens的颚部也不会松开对敌人身体的钳制。Laciny说:“然后它会变得粘粘的,而且死蚂蚁会挂在它的触角或腿上。”“在这种状态下,它可能活不了多久。”

自毁并不会在小规模冲突中给蚁群带来数量上的优势。“这更多的是关于保持污染物远离,而不是一对一的对抗,‘以眼还眼’,”Laciny说。她推测,这种行为更多是为了防止污染。爆炸蚁似乎特别依赖于它们热带雨林栖息地中的细菌和真菌,并且如果被带离这个微生物群落就会死亡。任何威胁要进入它们巢穴或离它们的觅食区域太近的昆虫都会携带外来孢子和细菌。

这种明亮的黄色粘液有时会在蚂蚁外骨骼的板块之间闪闪发光,这可能是对敌人的警告信号。Laciny说:“似乎其他雨林昆虫都知道应该避开它们。”很少有昆虫愿意在白天冒险爬上C. explodens蚁群居住的树木,因为那时这些易怒的蚂蚁会醒着。

尽管研究人员几十年来一直在发现这些蚂蚁和它们的黄色黏液,但直到最近Laciny和她的同事们才对该物种进行了足够仔细的研究,并给它起了科学名称,他们于4月19日在《ZooKeys》杂志上报道了此事。事实上,C. explodens是自1935年以来描述的第一个新的爆炸蚁。

Laciny说,部分原因是不同种类的爆炸蚁几乎无法区分,而同一个蚁群的成员却可能看起来完全不同。C. explodens蚁群中微小的爆炸性成员曾长期被认为是与其它较大的工蚁是独立的物种。这种创造不同兵种的能力是自杀式牺牲在群体生活的昆虫中如此有效的原因之一。Rueppell说:“昆虫的身体结构相当有弹性。”这意味着一个蚁群可以投入一些以非常特殊的方式进行自杀式牺牲的成员。

不仅仅是蚂蚁会这样做。在法属圭亚那发现的一种名为Neocapritermes taracua的白蚁的工蚁,随着年龄增长,其价值逐渐降低,会在身上长出“爆炸性背包”。当这些白蚁破裂身体时,背上的囊中的蓝色晶体会与唾液腺的分泌物接触。通过混合两种化学物质来制造一种特别有毒的混合物,这些白蚁的最后举动确实是“一种更高级的复杂程度”,Rueppell说。

拒绝帮助

科学家们最近在撒哈拉以南非洲的马塔贝莱蚁中发现了一种完全不同的战场利他行为。这些蚂蚁以捕食白蚁而闻名,白蚁的抵抗非常激烈。工蚁在袭击中失去肢体并不罕见。瑞士洛桑大学的进化生物学家Erik Frank说,这些伤口并不总是致命的。受伤的蚂蚁会被它们的巢友带回家,伤口会被舔干净,以便愈合。很快,它们就能像健康的蚂蚁一样快速奔跑,重新进行掠夺,即使少了几条腿。

然而,Frank有一天在科特迪瓦科莫埃国家公园意外碾过一支掠食蚂蚁的队伍后,发现了一些更不寻常的事情。当他停车下车查看蚂蚁的情况时,Frank注意到了一些奇怪的事情。Frank在一封电子邮件中说:“在‘事故现场’,巢友们正在查看所有受伤的蚂蚁,但只帮助那些仍有生存机会的蚂蚁。”他后来向它们的巢友展示了被截去五条腿的蚂蚁,发现这些严重受伤的工蚁很少被带走。

但并非没有尝试。健康的蚂蚁试图提供帮助,但它们 fallen comrades refused to cooperate。受伤的蚂蚁没有收拢腿并保持不动,而是在被触碰时剧烈地挥舞,直到救援者放弃。换句话说,这些蚂蚁执行了一种自我分诊,让帮助者能够专注于其他受伤较轻的蚂蚁。

one ant carrying another
一只受伤的马塔贝莱蚁被带到安全的地方。图片由Erik Frank提供

然而,蚂蚁实际上试图牺牲自己的可能性非常小。Frank说:“这不是蚂蚁有意识的决定。”他于2月份在《英国皇家学会会刊B》杂志上报道了这种行为。通常情况下,当一只蚂蚁受伤时,它会再次站起来,然后通过释放信息素呼救,并允许它的巢友将它拾起。当一只严重受伤的蚂蚁挥舞时,它可能试图一次又一次地站起来,但都失败了。Frank说:“如果你能够站起来,你可能伤得不重,对蚁群仍然有用。”

预防性行动

有时,一只昆虫即使在没有迫在眉睫的危险时,也会牺牲自己的生命来帮助同伴。这发生在巴西蚁Forelius pusillus的蚁群中,每天晚上都会发生。当太阳落山时,蚂蚁会封锁巢穴的入口,留下八到八只工蚁在外面完成这项工作。

科学家们在观察这些注定要失败的蚂蚁用沙子覆盖巢穴直到完全隐蔽后,在《美国博物学家》杂志上写道:“被困在外面的是被困在外面的人,并非意外受害者,而是封闭入口的蓄意策略的一部分。”随着夜晚的推移,这些蚂蚁被阵风吹走,被其他种类的蚂蚁攻击,或者只是走失了。当早晨到来时,这些蚂蚁都没有出现在巢穴入口附近。

Rueppell说,自杀式牺牲可能已经成为F. pusillus蚁群生活中的常规部分,因为这些蚂蚁特别容易受到攻击。F. pusillus将巢穴筑在几乎没有植物覆盖的裸露土壤上。更重要的是,它们生活在热带地区,那里到处都是各种各样的蚂蚁。蚂蚁最糟糕的敌人通常是其他蚂蚁,这意味着F. pusillus可能不得不采取极端的措施来保持蚁群的隐蔽。

这并不是昆虫唯一一次被发现牺牲自己来抵御未来的威胁。日本的科学家发现,一种名为Nipponaphis monzeni的蚜虫在其家园受到威胁时会采取行动。这些虫子生活在被称为虫瘿的树外表面的肿块中;当研究人员在这些虫瘿上钻孔时,里面的蚜虫会立即分泌体液来修复损伤。负责修补洞口的蚜虫会枯萎,在某些情况下甚至会死亡。

这实际上可能对虫瘿中剩余的蚜虫有利。科学家们在《英国皇家学会会刊B》杂志上报道说:“几只幼虫被埋在粘合剂中,就像‘蚜虫牺牲’一样。”Rueppell说,被埋葬的尸体可能会使修复工作更坚固。

Rueppell说,大多数蚜虫——包括瓢虫所食用的那种——都无法使用这种技巧。它们是独居昆虫,不共享一个家。自杀式牺牲最适合生活在巢穴或虫瘿中,与外界隔绝的昆虫。在不那么孤立的社会中,与殉难者无关的寄生虫很容易迁入并从中获益。Rueppell说:“任何利他系统都容易被剥削。”

流放

寄生虫和疾病可以在大型、封闭的昆虫巢穴中肆虐。但科学家们怀疑蚂蚁和蜜蜂可能有一种方法来阻止病菌大范围传播。当这些昆虫生病时,它们会离开蚁群,流亡等待死亡。

在一项实验中,Rueppell及其同事给蜜蜂注入了二氧化碳和羟基脲,这是一种用于治疗镰状细胞贫血症和某些癌症的药物。“我们真的想让它们感到非常不适,”他说。幸存下来的蜜蜂离开了蜂巢,尽管它们的同伴并没有试图将它们赶出去。其他科学家看到,当石蚁被二氧化碳毒化、被真菌孢子感染或因不明疾病而生病时,它们会停止与巢友社交,并独自隐居。

科学家们并不真正知道是什么促使这些昆虫开始做出注定会导致自身灭亡的行为。当昆虫进入隔离区或撕裂自己时,大脑是否以及如何压倒了昆虫的自我保护本能,这是一个谜。“这有什么特别之处吗,还是只是正常防御行为的延续?”Rueppell疑惑道。

尽管如此,可以肯定地说,牺牲自我的昆虫并非有意识地为更大的利益牺牲生命。“我不认为我们可以称牺牲自己的蚂蚁为‘好’蚂蚁,”Rueppell说。

在某些方面,昆虫群落更像是一个单一的生物体,而不是成千上万个独立的个体。Rueppell说:“我们体内的免疫细胞在一定程度上也是自我牺牲的。”如果我们失去一些细胞,身体的其他部分并不在意。那些为确保蚁群生存而死亡的工蚁也很容易被替代——但它们的牺牲并非完全无私。

昆虫群落的成员关系非常密切,工蚁通常不繁殖。如果一只昆虫通过牺牲自己的生命来阻止蚁后和整个蚁群被敌人或疾病消灭,那么它的一些基因就有更大的机会通过亲属遗传下去。

Rueppell说:“重要的不是个体——否则我们就不会看到这些牺牲自我的行为了。”

 

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Kate Baggaley

特约撰稿人,科学

Kate Baggaley自2017年以来一直定期为《大众科学》撰稿。她经常报道自然、气候和COVID-19大流行,但也报道了科学的许多其他方面,包括太空、古生物学和健康。她对鸟类、深海生物以及各种美丽的爬行动物情有独钟。


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