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
在安娜-萨拉·克朗实验室里的加勒比寄居蟹并不挑食。它们渴望狼吞虎咽任何送到嘴边的水果、坚果、鱼或椰子片。但最重要的是,这些美食鉴赏家更喜欢花生脆卷。当喂食时间到来时,这些零食总是第一个消失在它们的喉咙里。
寄居蟹的精致品味与其嗅觉相匹配,这在研究它们的生物学家中是众所周知的。椰子蟹是陆生寄居蟹的近亲,例如,可以通过气味远距离定位椰子。一些寄居蟹物种甚至可以闻到死亡的气息。当一只螃蟹死亡时,其他的螃蟹会追踪其尸体的气味,进行一场可怕的竞赛,以争夺它留下的贝壳。
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寄居蟹不像我们一样只有一个鼻子。它们有数百个。它们的内触角覆盖着大量的细而短的毛发(称为美感器),它们用这些毛发来嗅闻。螃蟹来回摆动这些毛茸茸的触角来嗅空气,或者用它们敲击地面来品尝泥土。寄居蟹大脑的很大一部分专门用于处理它们的触角拾取的气味和味道。
当克朗通过一个简单的实验发现她的螃蟹闻不到它们似乎非常喜欢的花生零食时,请想象一下她的惊讶。克朗是这样做的:她把一只饥饿的寄居蟹放在一个塑料盒子里,里面有一个倒扣的花盆作为庇护所,两侧各有两个陷阱。一个陷阱里放着美味的零食,而另一个陷阱是空的。克朗会让螃蟹们自己待一夜(寄居蟹是夜行动物),并在第二天早上记录下这些生物爬进了哪个陷阱。如果寄居蟹可以闻到气味,那么大多数螃蟹应该最终进入装有食物的陷阱。
但是螃蟹的嗅探测试失败了。彻底失败。当然,一半的寄居蟹很幸运地找到了一块美味的鲑鱼或一些花生脆片,但另一半饿了一夜。寄居蟹随机地跌入陷阱,没有注意到本可以引导它们走向正确方向的气味。只有新鲜的香蕉和苹果才能引诱螃蟹:80%到90%的螃蟹设法找到了这些美味。
与这些选择实验并行,克朗和她的同事测量了螃蟹的触角是否可以直接检测到一系列不同的气味。她从安乐死的螃蟹身上取下触角,并将它们放置在电线之间。然后,她将不同气味的烟雾施加到截肢的触角上,以查看它们是否会引起电反应。克朗总共以这种方式测试了140种不同的化合物。
克朗发现,寄居蟹的气味调色板最类似于它们的水生亲戚。它肯定没有昆虫或椰子蟹那么丰富。“它们对酯类、内酯和酮类没有反应,我们知道这些是典型的陆生气味剂。它们确实有反应的有限化合物是溶于水的,如酸和胺”,克朗在一封电子邮件中写道。
然后克朗顿悟了。如果螃蟹依赖水来闻到周围的世界呢?这将解释为什么螃蟹能够找到潮湿的水果,而干燥的花生脆片却逃过了它们探测触角的检测。为了验证这个假设,克朗重复了陷阱实验,在干燥的花生旁边放了一杯水。仿佛魔法一般,螃蟹现在径直走向它们心爱的零食。大约75%的生物选择了正确的陷阱。一定是花生的气味吸引了它们:螃蟹本身并没有被一杯水所吸引。
克朗还重复了触角实验,但这次她确保在释放气味烟雾之前空气是潮湿的。答对了。在潮湿的空气中,对某些气味剂的电反应比在正常条件下高三到十倍。克朗不确定水蒸气如何影响气味的传播,但她认为水有助于它们穿过美感器的薄壁扩散。
看来寄居蟹仍在与其水生遗产作斗争。陆生寄居蟹的祖先在不久前才爬出水面。陆地寄居蟹最古老的化石大约有2000万年的历史。在宏大的时间尺度上,这只是眨眼一瞬间,或者触角轻轻一弹。昆虫的陆地记录可以追溯到4亿年前。
从水到陆地的转变需要的不仅仅是肺和腿。这里的世界闻起来不一样。在水下,溶于水的分子传播得最远,而气态分子是空气中最稳定和可靠的信号。克朗的研究表明,它们还没有完全完成转变。它们感知到的气味占据了水和陆地之间的界面。是的,它们可以从很远的地方闻到食物的味道,但只有当空气潮湿时才行。
功劳归功于应得的地方:寄居蟹完全可以应对它们有限的嗅觉。它们生活在海岸附近和热带岛屿上,那里总是靠近海洋。但是它们接下来会怎么做呢?它们会继续适应陆地生活吗?如果是这样,它们的美感器会被松树的辛辣气味所刺激吗?它们会品尝到一丝甜肉桂的味道,或者享受早晨新鲜烘焙花生的香味吗?
也许会。昆虫以前就做到过。它们的祖先进化出了一整套新的基因,专门用于感知陆地气味剂,如酯类和酮类。一个新的基因家族用于新的气味。这听起来像是一个明智的解决方案,但不可能说寄居蟹是否会遵循相同的道路。
克朗说,就目前而言,喜欢花生的寄居蟹还有很多谜团需要揭示
“为什么寄居蟹有如此巨大的嗅觉叶,而它们只能感知如此有限数量的气味?我们仍然不知道这个问题的答案。此外,它们的近亲椰子蟹(Birgus latro)似乎可以检测到不溶性气味剂,并且也会被其吸引。我们还不知道这种差异存在的原因。”
图片来源: 加勒比寄居蟹 爬向花生,摄影:Irene Goede。 网站。
触角电位图,作者:Joby Joseph
参考文献
Kr?ng AS, Knaden M, Steck K, & Hansson BS (2012). 从海洋到陆地的过渡:陆生寄居蟹海神拟寄居蟹的嗅觉功能和限制。《皇家学会学报B:生物科学》 PMID: 22673356