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
作者注：这篇文章最初于2011年4月19日发布在 Artful Amoeba 1.0 上，以纪念已故世界著名化学生态学家托马斯·艾斯纳的工作。我重新发布这篇文章是为了纪念化学日。请享用！
美人蝎萤火虫属(Photuris)。点击图片放大。知识共享 Bruce Marlin。许可证在此处找到 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Photuris_lucicrescens.jpg
如果我的笔记没错，托马斯·艾斯纳曾养过一只宠物画眉，名叫西比尔，在昆虫学家给她的数百种昆虫中，她只拒绝了五种。它们都是甲虫。其中一种是萤火虫。
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对于任何其他鸟类主人来说，这种观察只会限制他们宠物的膳食选择。但这是托马斯·艾斯纳——20世纪伟大的昆虫学家和化学生态学家之一。对他来说，这是一个诱人的线索，他决定找出是什么让萤火虫具有苏格兰羊杂碎对画眉的所有吸引力。他偶然发现的是20世纪伟大的新自然历史故事之一——也是艾斯纳一系列最伟大成就中的最新篇章。
我知道这一点，因为在1998年秋季，我是康奈尔大学 BioNB 221——动物行为导论——的学生。艾斯纳是康奈尔大学的教授，他讲授了最后大约六次讲座，这些讲座我仍然保存在笔记中。当时我不知道，后来才知道，艾斯纳是 20 世纪伟大的生物学家之一。这是我在后来的几年里发现的，当时他的发现多次出现在《纽约时报》的文章中，在那里我有一种神秘的似曾相识的感觉。
当时我知道的是，当他讲课时，我的目光无法从屏幕上移开。我是一个好的自然历史故事的爱好者，您可能已经意识到了。艾斯纳——他曾经是E. O. 威尔逊的大学室友——充满着这些故事——在许多情况下，是因为他自己弄清楚了这些故事。不幸的是，艾斯纳于 3 月 25 日去世。您可以在《纽约时报》记者娜塔莉·安吉尔的这篇精彩回忆文章中了解更多关于他生平的事迹，她的女儿很幸运地继承了艾斯纳旧麻布野外包里的东西，并且，令我感到惊讶的是，她出生在我坐在黑暗的尤里斯大厅礼堂里听艾斯纳讲课的时候。安吉尔写了他的生平。我想与您分享我从他那里学到的一些自然奇观，当时我全神贯注地坐在黑暗的尤里斯大厅礼堂里。
这意味着战争
艾斯纳的专长是植物和昆虫之间化学战的世界。昆虫不断地从植物和彼此之间产生、窃取和重复利用化学物质。千足虫可以释放氰化氢，鞭蝎释放乙酸，蚂蚁释放甲酸，但对于艾斯纳来说，昆虫学化学防御的典型代表是轰炸甲虫。“如果你生活在地面上，”他说，“你必须要么迅速起飞，要么立即自卫。”轰炸甲虫选择了选项 B。
这种甲虫吸收称为氢醌的化学物质，将其与过氧化氢和催化酶（过氧化物酶和过氧化氢酶）在其后部的反应室中混合，并利用由此产生的苯醌和热量的爆炸性形成来劝退青蛙、蚂蚁和蜘蛛，让它们相信它们最好的食物选择在别处。
他使用自己拍摄的粗糙影片向我们展示了用探针触摸的甲虫如何在几乎任何方向上以精确定位的方式部署猛烈的防御。他将甲虫悬挂在 pH 试纸上方，这样它们释放的 100°C 苯醌就会显示出它们的精确火力。
这部英国影片（似乎是由智能设计倡导者制作的，他们试图为了自己的目的滥用艾斯纳的研究，所以请忽略结尾部分。不幸的是，我找不到另一个版本。）融入了我那天看到的一些电影，并解释了甲虫如何使用物理屏障来控制其化学防御系统。我想你甚至可以在其中一部影片的结尾看到艾斯纳几秒钟——他在前景中。
这是大卫·艾登堡描述高清甲虫的视频
不要以我为食
植物也储存毒素，希望以此抵御饥饿的群体。荨麻刺充满了刺激性化学物质，开花植物和针叶树的乳胶管或树脂管也是如此。一些植物在其组织中储存有毒化学物质，如咖啡因或尼古丁，尽管它们对人类有令人振奋的作用，但实际上是杀虫剂。
但是一些昆虫已经掌握了这种技巧，并开始利用它来发挥自己的优势。锯蝇切入松树的树脂管，偷取粘稠的汁液，将其储存在特殊的囊中以防御蚂蚁。帝王蝶从食物中分离出马利筋毒素，使自己对捕食者来说变得难吃。猎蝽用樟脑草的有毒排泄物覆盖它们的卵。它们的幼虫然后重复利用这些化学物质进行防御和捕获猎物。艾斯纳指出，我们也这样做，通过从真菌和其他细菌中窃取防御化学物质。我们称之为抗生素。
艾斯纳告诉我们，在蛾子中，植物化学物质被盗取并作为结婚礼物赠送，雌性选择雄性，雄性的调情、芳香触角告诉她们，它们储存了最多的生物碱衍生物。这表明雄性既是最健壮的，也是最能为这对夫妇的后代提供帮助的。因为如果雌性交配，雄性不仅会转移他的精子，还会转移他的生物碱收藏品，雌性会小心地将其与她的卵一起储存，供她的幼崽使用。其他蛾子也对它们从水坑中虹吸的盐分做同样的事情。
他还告诉我们关于信息素的窃听——信息素是一种化学物质，与用于物种内交流（如蛾子）的信息素或有益于种间配对发射者（如轰炸甲虫的苯醌或臭鼬的臭味）的异种信息素不同，信息素有利于接收者并背叛发射者。例如，想想二氧化碳，它会让你暴露给蚊子；任何气味，真的，任何背叛猎物给捕食者的气味都可以算作信息素。艾斯纳称之为“化学格式塔”，即“不可避免的化学泄漏”的影响。但是情况也可以逆转。被称为Asplanchna的掠食性轮虫在不知不觉中释放出化学物质，提醒被称为Brachionus的猎物轮虫生长出防御性尖刺（从这个博客此处和此处了解更多关于轮虫的信息）。
我最喜欢的艾斯纳故事之一，也是多年来一直让我印象深刻的故事之一，是关于昆虫学家试图在潮湿的纸巾上的培养皿中饲养真 bugs。然而，这些 bugs 的发育停滞不前；它们无法被哄骗到成年。科学家们感到困惑。直到有人注意到纸巾是由香脂冷杉制成的，香脂冷杉是一种释放异种信息素以阻止昆虫发育的树木。显然，这种化学物质在造纸过程中幸存下来，并继续阻挠树木的昆虫敌人——即使在死亡之后。
抛网蜘蛛使用模仿信息素——另一种异种信息素——来引诱寻求约会的雄蛾（显然，雌蛾对蜘蛛的魅力免疫）。这段视频描述了不幸的结果
您可能听说过寄生蜂——异形式的蜘蛛、毛毛虫和其他昆虫的捕食者，它们将卵产在猎物体内，幼虫在宿主还活着的时候就开始吞噬宿主的器官，然后最终利用宿主耗尽的躯壳作为蛹，从中孵化出幼蜂。但也许您不知道，一些被毛毛虫或蚜虫伤害的植物会以化学方式呼唤寄生蜂来保护它们。但故事变得更精彩了；在某些情况下，宿主的免疫系统会被寄生蜂连同它们的卵一起注射的病毒破坏。“而且（我在笔记中划了线）病毒也被整合到黄蜂基因组中。”对此我进一步写道：“现在是 1 个生物了吗？哇。”
他告诉我们哺乳动物也使用信息素。他说，婴儿可以区分母亲的乳汁和其他人的乳汁，男性腋窝的气味可以使女性不规律的排卵变得规律。在小鼠中，陌生雄性尿液的气味会阻止受精卵在雌性小鼠体内的植入；效果和原因可能类似于我上周刚看到的一篇文章，内容是关于母马流产胎儿以避免将能量投入到可能被竞争对手种马杀死的幼驹身上。这可以解释母马的惊人高流产率（约 30%），这些母马被卡车运出去与顶级种马交配，但在怀孕期间与其他雄性一起饲养。这很可能对饲养员实践马匹饲养的方式没有任何影响，这证明了人类常常是固步自封的思维。
花朵的蜜蜂书信
但除了所有这些关于化学交叉火力研究之外，艾斯纳还涉足了光和视觉交流的世界。那些研究过物理学的人都知道，光是其中一部分的电磁频谱是巨大的能量阵列。地球大气层过滤掉了很多到达的光，而大部分通过的光都落在 320 到 2300 纳米范围内。我们感知为可见光的光落在 380 到 750 纳米范围内。但这使光谱的很大一部分对我们来说是不可见的。如果其他动物可以看到不同的颜色或电磁频谱的不同部分呢？事实证明，它们确实可以。
我们看不到紫外线。但是，通过一大批德国人进行的实验，我们知道蜜蜂可以看到紫外线。相反，蜜蜂看不到红色。它们的视觉范围在 340 - 650 纳米范围内。蓝色、红色和绿色是人类的原色。但蜜蜂的原色是黄色、蓝色和紫外线。这意味着它们看到的颜色光谱是我们看不到的。当我听到这个时，我的思想有点弯曲——外面有一个我们看不到的完整的色彩世界！
这些颜色需要名称。黄色 + 蓝色我们可以和蜜蜂一起看到——我们称之为蓝绿色。但是蓝色 + 紫外线呢？那被命名为“蜜蜂蓝”。黄色 + 紫外线？ “蜜蜂紫”。而且，事实证明，花朵装饰着这些阴影，这对我们来说是不可见的，但对蜜蜂来说却光彩夺目。艾斯纳说，花朵可能最初使用紫外线吸收颜料作为防晒霜，后来才转向用它们来装饰花瓣。现在，蜜蜂蓝和蜜蜂紫形成了蜜蜂的花粉引导，通常在花朵的尖端点缀，并在中心留下一个黄色圆盘作为靶心。您可以在这张黑眼苏珊的拼贴照片中看到效果，照片中黑眼苏珊带有蜜蜂紫色的尖端和黄色的中心，尽管蜜蜂会同时将黄色和蜜蜂紫色都视为蜜蜂紫色。
蜜蜂看不到红色意味着粉红色或红色的花朵几乎从不被蜜蜂授粉。相反，只有蝴蝶和蜂鸟——它们不是红盲——才会被红色的花朵吸引。艾斯纳也写了关于他在这个世界中的实验的论文，您可以在此处和此处看到一些例子。
这使我们回到了他最著名的光通信实验——熠萤属和美人蝎萤火虫属的故事。根据西比尔提供的吐出的线索，艾斯纳用各种溶剂从萤火虫中提取了化学物质。他发现她吐出的萤火虫——熠萤属——含有一种叫做萤光蟾毒素的类固醇。当萤火虫被抓住时，它们“流出”充满这种化学物质的血淋巴。抓住并品尝它们的蜘蛛会放开它们。科学家们发现，它们甚至会释放仅仅涂有这种化学物质的果蝇。艾斯纳发现，从季节开始，熠萤属就充满了这种化学物质。一种更大的萤火虫，美人蝎萤火虫属，也含有这种化学物质。但只有雌性含有。而且只在季节后期含有。他开始瞥见一个黑暗故事的真相。
寻找雌性萤火虫的雄性萤火虫会发出物种特异性的闪光模式。雌性会以一次闪烁回应，但与雄性呼叫相比，延迟的时间是物种特异性的。美人蝎萤火虫属贪图熠萤属的化学物质，模仿这种反应。当雄性萤火虫以为自己要走运而降落时，它反而被吃掉了，雌性萤火虫积累了这种化学物质，使她能够逃脱蜘蛛和画眉的捕食。
一个人怎么能做和学到这么多？也许是因为他从不让实验室妨碍生活。尤其是安吉尔的文章中的这段话，解释了为什么我喜欢艾斯纳——以及在很大程度上为什么成为一名现代生物学家不适合我。
德国马克斯·普朗克化学生态研究所分子生态学教授伊恩·鲍德温曾在 20 世纪 80 年代师从艾斯纳博士，他谈到他的导师时说：“在自然历史短视的时代，他阐明了自然历史发现的价值。我们今天培养的生物学家无法识别超过四种物种，他们只知道如何做数字生物学，但模拟生物学的世界是我们生活的世界。汤姆是非模型系统的远见卓识者。他围绕他所做的一切创造了叙事。”贝伦鲍姆博士说：“在当今‘闪亮光鲜的科学世界’中，他证明了没有任何经验可以替代置身于大自然之中。” “扎根于生物学现实是高雅的，而不是低俗的。”
感谢您的故事，艾斯纳博士，无论您身在何处。