蟑螂以其顽强的生命力而臭名昭著,并经常被认为是核战争中最有可能的幸存者。有些人甚至声称它们没有头也能活。事实证明,这些纸上谈兵的灭虫者(以及他们的专业同行)是正确的。无头的蟑螂能够存活数周。
为了理解为什么蟑螂——以及许多其他昆虫——能够在斩首后存活,这有助于理解为什么人类不能,马萨诸塞大学阿默斯特分校研究蟑螂发育的生理学家和生物化学家约瑟夫·昆克尔解释说。首先,人类的斩首会导致失血和血压下降,从而阻碍氧气和营养物质向重要组织的运输。“你会流血而死,”昆克尔指出。
此外,人类通过嘴巴或鼻子呼吸,而大脑控制着这一关键功能,因此呼吸会停止。此外,人类没有头就无法进食,如果能侥幸躲过失去头部的其他不良影响,也会因饥饿而迅速死亡。
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但蟑螂没有像人类那样的血压。“它们没有像人类那样庞大的血管网络,也没有需要很大压力才能使血液流过的微小毛细血管,”昆克尔说。“它们有一个开放的循环系统,那里的压力要小得多。”
“在你砍掉它们的头后,它们的颈部通常会通过凝血自行封闭,”他补充道。“不会有失控的出血。”
这种顽强的害虫通过气门(或每个身体节段上的小孔)呼吸。此外,蟑螂大脑不控制这种呼吸,血液也不在全身输送氧气。相反,气门通过一组称为气管的管道将空气直接输送到组织。
蟑螂也是变温动物,或冷血动物,这意味着它们比人类需要的食物要少得多。“昆虫可以靠一天吃的一顿饭存活数周,”昆克尔说。“只要没有捕食者吃掉它们,它们就会安静地坐着,除非它们被霉菌、细菌或病毒感染。然后它们就死了。”
宾夕法尼亚州多伊尔斯敦的特拉华谷学院的昆虫学家克里斯托弗·蒂平实际上“在显微镜下非常小心地”斩首了美洲蟑螂(Periplaneta americana),他指出。“我们用牙科蜡密封伤口,以防止它们变干。有几只在罐子里活了好几个星期。”
昆虫在每个身体节段内都分布着神经节(神经组织聚集物),能够执行负责反射的基本神经功能,“因此没有大脑,身体仍然可以在非常简单的反应方面发挥作用,”蒂平说。“它们可以站立、对触摸做出反应并移动。”
不仅仅是身体可以在斩首后存活;孤独的头部也能茁壮成长,来回挥舞触角几个小时,直到耗尽精力,昆克尔说。如果给予营养并冷藏,蟑螂头可以存活更长时间。
然而,在蟑螂中,“身体向头部提供大量的感觉信息,而大脑在被剥夺这些输入时无法正常运作,”亚利桑那大学的神经科学家尼克·施特劳斯菲尔德解释说,他专门研究节肢动物的学习、记忆和大脑进化。例如,尽管蟑螂具有惊人的记忆力,“当我们试图教它们在它们缺少部分身体时,这是没有希望的。我们必须保持它们的身体完全完整。”
蟑螂的斩首似乎令人毛骨悚然,但科学家们已经用无头的蟑螂身体和无身体的蟑螂头进行了许多实验。斩首蟑螂剥夺了它们身体头部腺体中控制成熟的激素,帮助研究人员研究变态和繁殖。对无身体的蟑螂头部的研究阐明了它们的神经元如何工作。此外,它还进一步证明了蟑螂令人羡慕的耐力。