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螢火蟲的尾巴為了什麼而發光?它們發光的目的是為了「浪漫」嗎


獨品一鳴隨著陽光從夏日的天空中消退,一大群雄性螢火蟲便從白天的蟄伏狀態甦醒過來,一個挨著一個地爬上草葉。等到夜色完全降臨時,它們便像一架架微...

- 2019年5月02日04時59分
- 科學文摘 / 獨品一鳴

獨品一鳴

隨著陽光從夏日的天空中消退,一大群雄性螢火蟲便從白天的蟄伏狀態甦醒過來,一個挨著一個地爬上草葉。等到夜色完全降臨時,它們便像一架架微型直升飛機騰空而起,遁入茫茫夜空……這些飛行者去幹什麼呢?不是去進行軍事征服,它們的目的其實很簡單——傳宗接代。螢火蟲的成年期非常短暫,必須抓緊時間,利用每一個夜晚去尋找自己的「意中人」。它們用閃光信號將自己的尋偶意圖廣而告之,然後通過雌性螢火蟲發回的應答信號尋找配偶。

識別同類

螢火蟲的英文意思是「發光的蒼蠅」,但實際上它們是甲蟲,屬於螢科,與蒼蠅沒有任何關係。迄今為止,昆蟲學家正式記錄在案的螢火蟲大約有2000種。螢科昆蟲中還有一些不發光的種類,它們主要通過信息素尋找配偶。此外,也有一些雖然發光但並不閃爍的種類。在北美地區,發光螢火蟲主要有三個屬:紅螢屬、扁螢屬和窗螢屬。


從外表看,螢火蟲與其他甲蟲一樣,生有翅鞘。前翅非常堅硬,在後翅上面形成一個保護殼。後翅像扇面,平時摺疊在前翅下,只在飛行時才伸展開。北美螢火蟲的三個屬的成蟲長得非常相似,都有帶黃邊的黑翅和類似防護罩的頭罩,頭罩上面有紅斑紋。昆蟲學家根據它們在顏色、雄性生殖器形狀和發光模式等形態學上的細微差異對它們進行區別。

那麼,螢火蟲又怎麼知道別的螢火蟲是不是自己的同類呢?它們根據對方的發光模式來確定其身份。以紅螢屬為例,雄蟲飛行時靠近地面,每6秒鐘發一次光,發光時間持續約半秒鐘,發光時以「J」字型向上飛行。地面上的雌蟲看到了雄蟲的求偶舞蹈,如果中意,就會在兩秒鐘後發出持續時間約半秒鐘的閃光作為回應。不同種類的螢火蟲的發光模式不同,有的每2-3秒鐘發出持續時間長達2-3秒鐘的光,有的每3-4秒鐘快速閃光3次,有的則類似於莫爾斯電碼中的「點一划」結構,先快速閃光1次,然後是1次持續時間較長的閃光。

如果讀懂了螢火蟲的發光密碼,你就可以用筆形手電筒模擬某種雄蟲發光,或許你還能將那個種類的雌蟲吸引來和你「對話」。

生育競賽

螢火蟲的成蟲期只占其生命周期的很小一部分,比如北美螢火蟲的成蟲期大多只有數周。因此,一到成年,螢火蟲就會不失時機地展開生育競賽。

當雌蟲將卵產在潮濕土壤或苔蘚里時,新生命的生命周期便宣告開始了。大約兩周後,卵開始孵化,幼蟲瞬間便破殼而出。螢火蟲幼蟲生活在地下或雜草中,以蚯蚓、蝸牛、蛞蝓和軟體昆蟲幼蟲為食。螢火蟲幼蟲有一種特殊的進食本領:咬住蝸牛,用上齶向蝸牛體內注射一種類似麻醉劑的液體,這種液體能使蝸牛癱瘓,並讓其肉變得軟爛,然後它再鑽進去吞食。


在美國北部地區,螢火蟲的幼蟲期為l到3年,而在南部地區,幼蟲孵化後只需數月便進入成年期。幼蟲在拱形的地下巢室里化蛹,數周后便成形。化蛹季節大多在晚春時節。

一旦進入成年期,螢火蟲的生育競賽便開始了。大部分紅螢屬螢火蟲在進人成年期後便不再進食,而將整個成年期都投入到生育競賽中去。隨著黃昏來臨,雄蟲騰空而起,在離草1~2米的空中緩緩飛行,並通過有規律的閃光來宣布自己的求偶之意。雌蟲大多不會飛行,只在低矮的草葉上用閃光回應雄蟲。看到雌蟲的回應信號後,雄蟲立刻從空中降落到草葉上,一邊繼續發信號一邊尋找「意中人」。它們之間的「對話」往往要持續一個小時以上。這種「對話」對其他雄蟲來說猶如磁鐵,它們紛至沓來,以至每次求偶飛行結束後,都可以發現有許多雄蟲在草葉上爬上爬下地尋找雌蟲。

發光之謎

科學家一直想弄明白螢火蟲精確的定時閃光是如何產生的。不久前,一個科學家小組詳細研究螢火蟲的發光原理,終於破解了其中的奧秘。

實際上,螢火蟲發光是一種化學反應的結果。螢火蟲的發光器由數千個發光細胞,以及反射層細胞、神經與表皮等組成。在發光細胞中有兩種化學物質:蟲螢光素和螢光素酶。在發光細胞四周還密密麻麻地排列著很多線粒體(線粒體相當於能量工廠,消耗氧氣並為細胞提供能量)。科學家發現,螢火蟲的神經系統並不直接控制發光細胞,而是用神經信號觸發發光細胞周圍的不發光細胞,啟動這些細胞產生一氧化氮。

一氧化氮具有十分重要的生物作用。在人體內,一氧化氮控制血壓和陰莖勃起,調節學習和記憶能力。在螢火蟲的發光器內,一氧化氮可以短暫地停止發光細胞周圍的線粒體的耗氧作用,讓氧氣深入發光細胞內,促使蟲螢光素與螢光素酶發生化學反應,從而產生光。簡單地說,一氧化氮關閉「發電廠」線粒體,點亮了螢火蟲的亮光。隨著一氧化氮的迅速消失和線粒體耗氧功能的恢復,螢火蟲的亮光也就隨之消失了。

螢火蟲的發光效率非常高,幾乎能將全部化學能轉化為可見光,是現代電光源效率的幾倍到幾十倍。由於只有2%~10%的能量轉化為熱能,當螢火蟲落在我們的手上時,我們不會被它們的光燙傷,螢火蟲發出的光也因此被稱為「冷光」。

難逃天敵

螢火蟲的發光信號美麗而迷人,但作為一種高清晰度信號,容易被食肉動物所截獲,從而使螢火蟲的求愛舞蹈成為一種極其危險的活動。

為了保護自己,一些種類的螢火蟲進化出了有毒化合物,其毒性非常大,能有效地嚇阻蜘蛛、鳥、蜥蜴和螞蟻等食肉動物。這些螢火蟲的閃光信號含有警告意義,相當於在說:「我有毒,別吃我!」

然而,即使受到有毒化學物質的保護,有時螢火蟲也難逃天敵的捕食,尤其是那些個頭比它們大、飛得比它們快的其他種類的螢火蟲的捕食。


扁螢屬雌螢火蟲,被稱為昆蟲世界中「最狡猾的女巫」。這是一種高度特化的掠食動物,喜歡躲在暗處偷窺紅螢屬螢火蟲的求偶舞蹈,然後模仿紅螢屬雌蟲向雄蟲發射回應信號,而這種足以亂真的信號常常誘使求偶心切的紅螢屬雄蟲誤入它們早已布好的陷阱。

這一秘密是在上世紀60年代被昆蟲學家洛伊德發現的。當時,他用微型手電筒發光來模仿紅螢屬雄蟲的閃光信號——兩次間隔2秒的快閃,隔4~7秒再重複一次。很快,他便得到了閃光回應。待他走近看時,卻發現回應者是一隻個頭很大的扁螢屬雌蟲。洛伊德花了半個小時觀察這隻雌蟲,發現它總共吸引了12隻紅螢屬雄蟲的注意,最後有1隻紅螢屬雄蟲在和它交換了幾次信號後落在它的身旁。十幾秒後,當洛伊德再次打開手電筒時,發現扁螢屬雌蟲正在啃吃那隻倒霉的紅螢屬雄蟲。

扁螢屬雌蟲非常貪婪,一隻雌蟲在一個晚上就能吞食好幾隻紅螢屬雄蟲,而且它們得到的不只是一頓營養豐富的美餐——扁螢屬螢火蟲自身並不產生防身毒素,但在吃了紅螢屬雄蟲後,後者體內的毒素就轉移到它們的身上了。

人類威脅

除了自然天敵外,人類的活動,比如濫用殺蟲劑和城市擴張,也對螢火蟲構成威脅。很多種類的螢火蟲不喜遷徙,年復一年地在同一個棲息地聚集、交配,一旦該地區遭到破壞,別指望它們會遷到別處去。幾乎可以肯定,它們將遭到毀滅性的打擊。

在美國,一些醫藥公司為了獲取蟲螢光素和螢光素酶,出價購買螢火蟲,導致人們大肆捕捉螢火蟲。這是造成螢火蟲種群數量下降的另一個重要原因。

在日本,螢火蟲同樣面臨滅絕危險。日本螢火蟲幼蟲棲居於水中,上世紀60年代的工業污染和城市擴張破壞了河道,致使螢火蟲幼蟲的生存率直線下降。為了拯救這種可愛的小動物,許多社團響應政府號召,開始了螢火蟲棲息地的恢復工程,並取得了巨大的成功。現在,螢火蟲已經成為日本環境保護的標誌。

光污染更是嚴重地威脅到螢火蟲的生存。螢火蟲的求偶信號只有在低光背景下才能被看到,但現在城市通宵達旦的明亮的燈光蓋過了螢火蟲微弱的求偶閃光,從而使它們的繁殖機會大大減少。

人類應該反思:在享受現代科技帶來的種種便利時,我們是否想到了與我們共居於同一個地球的其他動物的需要,是否干擾了它們寧靜的生活,是否影響了它們的生存,我們是否應該儘可能地採取一些補救措施將這些負面影響減少到最小。


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