复仇的僵尸黄蜂

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


正值万圣节,我重新发布我的旧帖子(来自2006年2月4日,重新发布于2010年7月1日):

我很惊讶卡尔·齐默在为他的书《寄生虫雷克斯》做研究时,没有遇到Ampulex compressa(翡翠蟑螂黄蜂)及其猎物/宿主美洲蟑螂(Periplaneta americana,另请参阅关于病因学眼状纹的评论)的有趣案例。

1999年,我去了英国牛津,参加了首届神经行为学戈登会议,我期待看到的众多激动人心的演讲者之一是弗雷德·利伯萨特。演讲一半精彩一半平淡。确切地说,前半部分精彩,后半部分平淡。


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在前半部分,他不仅介绍了整个行为,还给我们看了一部较长的电影,以高倍放大和高分辨率展示了这种复杂行为的所有步骤(您可以在这里看到一张很酷的黄蜂头部照片)。

首先,黄蜂用它的刺快速地刺一下蟑螂的身体(胸部)然后飞走。过一会儿,蟑螂开始狂躁地梳理自己一段时间,然后完全静止不动。一旦蟑螂变得静止,黄蜂就会回来,非常仔细地将自己定位在蟑螂的顶部,并将毒液非常精确地注入蟑螂头部的食管下神经节。毒液是多巴胺和蛋白质毒素的混合物,因此效果是行为改变而不是麻痹。

显然,黄蜂的刺具有受体,引导它找到精确的目标

“为了研究是什么引导了刺,以色列本古里安大学的拉姆·加尔和弗雷德里克·利伯萨特首先将黄蜂介绍给大脑已被移除的蟑螂。通常,黄蜂需要大约一分钟才能找到目标、蜇刺并飞走。但在无脑蟑螂中,黄蜂在空洞的头部腔中搜索了平均 10 分钟。注入黄蜂体内的放射性示踪剂显示,当它们最终蜇刺时,它们使用了大约 1/6 的常用毒液量。黄蜂知道有些不对劲。”

然后,黄蜂锯掉蟑螂触角的尖端,并从中吸取血淋巴。它筑巢——只是一个由土壤和鹅卵石制成的小漏斗,并通过拉动蟑螂的触角(就像牵狗绳一样)将蟑螂引导到漏斗中。然后它在蟑螂的腿上产卵,用一块石头封住漏斗的入口,然后离开。蟑螂仍然活着,但在巢穴中完全静止不动很长一段时间(大约五周)。毒液除了消除蟑螂的所有防御行为外,还减缓了蟑螂的新陈代谢,使其在没有食物和水的情况下也能存活更长时间。过一段时间后,黄蜂卵孵化,啃食进入蟑螂的身体,吃掉蟑螂的内脏器官,然后化蛹并孵化。从(现在已死的)蟑螂中出来的不是幼虫(通常发生在昆虫寄生蜂身上),而是一只成年黄蜂,准备交配并在新的蟑螂身上产卵。

为什么演讲的后半部分令人失望?我知道事实上我不只是那里唯一一个期望更深入地了解这组高度复杂行为的进化方面的人。然而,演讲走向了不同的方向——当然,这本身很有趣,但不如一个进化故事那么有趣。利伯萨特以细致入微的细节描述了实验,这些实验逐一揭示了蟑螂逃生行为(被毒素抑制的行为)的神经解剖学、神经生理学和神经化学的秘密,以及毒素混合物的化学成分。一个神经节接一个神经节,一个神经元接一个神经元,一种神经递质接一种神经递质,整个行为都在屏幕上为我们绘制出来。这是一项令人印象深刻的壮举,但当我们都对一个酷炫的进化故事充满渴望时,这令人失望。

例如,他没有说这两种物种的地理重叠程度是多少。之后我不得不自己查阅。美洲蟑螂几乎遍布世界各地。黄蜂也具有广泛的地理范围,从非洲到新喀里多尼亚(几乎位于澳大利亚和斐济之间)以及自 1941 年以来,夏威夷(另一种非本地物种对岛屿造成破坏的例子),但并非世界各地都有,尤其是在热带地区以外——地球上肯定有蟑螂但没有Ampulex compressa的地方。

在大多数情况下,当一个物种容易受到另一个物种的毒液或毒素的影响时,共享地理位置的种群也会进行进化军备竞赛。毒液的受害者进化出针对另一物种攻击的行为防御和对毒液的生化抵抗力。反过来,毒液进化得越来越有效,动物变得越来越狡猾或伪装或快速,以绕过行为防御。

有许多这样的进化军备竞赛的例子,其中一个物种是有毒的/有毒的,而另一个物种进化出抵抗力。例如,西海岸的束带蛇喜欢吃粗皮蝾螈。但这些蝾螈的皮肤分泌河豚毒素。捕食者没有毒性,但它必须应对危险的猎物。因此,在同域分布(两个物种共存的地方)蛇进化出了一种不同的钠通道版本。这个版本使通道不太容易受到河豚毒素的影响,但有一个缺点——蛇总体上更慢更迟钝。在同一地区,蝾螈似乎正在进化出更有效的皮肤毒素混合物。

类似的例子还有沙漠地松鼠和响尾蛇(松鼠的行为和生化创新),沙漠小鼠(美国西南部)和蝎子(再次强调,猎物是有毒的),以及蜜蜂和鬼脸天蛾(蛾子进入蜂巢偷蜜,过一会儿会被蜜蜂蜇伤)。

但是利伯萨特从未想过与翡翠黄蜂同域分布的蟑螂是否进化出任何类型的抵抗力,无论是行为上的还是生理上的。也许与黄蜂相比,蟑螂的数量庞大,使得任何选择压力对于防御的进化来说都太弱了。但这需要测试。他还从未说明黄蜂的攻击发生在白天还是晚上。蟑螂是夜行动物,避开光线。他展示的电影是在实验室的完全照明下拍摄的。黄蜂在晚上寻找和攻击蟑螂是否更困难?蟑螂在白天逃跑或自卫是否更困难?这些问题需要提出。

另一个缺失的信息是与Ampulex compressa亲缘关系最近的黄蜂物种的寄生行为调查。我们能否识别,或者至少推测出,这组复杂行为(以及毒液本身)的进化步骤?这种行为的前身是什么:在发现的蟑螂尸体上产卵,在蟑螂尸体上产卵之前杀死蟑螂,在其他宿主上产卵?我们不知道。我希望有人正在研究这些问题,并且很快会发表文章给我们带来惊喜。

但请允许我用“卡夫卡”为这次场合署名的评论员在齐默博客上发表的一句诙谐评论来结束

“我做了一个梦,梦见自己是一只蟑螂,而黄蜂安·库尔特用她的刺刺了我,僵尸化了我的大脑,拉着我的触角把我领到她在福克斯新闻的巢穴,并在我身上产下了她的新保守主义卵。很快,一只新生的小大学共和党破壳而出,钻进了我的身体,从内部吞噬了我。安·库尔特的设计可能是聪明的,但她是一个残酷的上帝。”

The Loom 上的那篇文章吸引了大量的评论。不幸的是,其中大多数与蟑螂和黄蜂无关——卡尔的博客自然而然地吸引了很多神创论者,因此大部分讨论都是关于智能设计论的辩论。然而,卡尔很高兴地报告说,一位真正研究过这种黄蜂/蟑螂配对的研究生出现在帖子中,并留下了一条评论,其中还回答了我在本文中提出的一些行为和进化问题。

您可以观看此处此处链接的一些电影。

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