說到蹦跳的蟲蟲，大家腦海裡大概會浮現出蛐蛐螞蚱之類的“大長腿”們。但你能否想象，一隻沒腿的蟲子蹦跳的畫面？而且跳起來還絲毫不遜於長腿的親戚？這並不是杜撰出的勵志故事，下面這隻白白胖胖的肉蟲子就創造了無腿蹦跳的奇蹟。
癭（yǐng）蚊幼蟲：“就是我啦！” | 參考文獻[1]
這隻小蟲很勵志，讓我們來研究它吧！
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在美國弗吉尼亞州的羅諾克學院，有一位名叫麥克·懷斯（Mike Wise）的科學家專門研究一枝黃花上面不同種類的癭蚊。
麥克經常需要把菊花葉子上的蟲癭（孵化後的幼蟲在植物上的“育兒室”）剖開,時間久了，他注意到，如果打開蟲癭的時間合適，那麼白白胖胖的癭蚊幼蟲就會蛄蛹蛄蛹地爬出來；而每年八月份的時候呢，一打開蟲癭，這些幼蟲就會像投石車上的炮彈一樣，啪嘰啪嘰彈出去。
癭蚊（左）和試驗中供其產卵的一枝黃花植株。大部分癭蚊會在植物上產卵，孵化後的癭蚊幼蟲會讓植物葉片起一個小包包（蟲癭），然後舒舒服服在裡面躺到長大 | Wikimedia Commons（左）；參考文獻[1]（右）
這些沒有腿的肉蟲子是怎麼跳起來的？麥克對這個問題產生了好奇。恰好，麥克的研究生同學希拉·帕特克（Sheila Patek）在美國杜克大學當教授，而她的研究方向之一就是生物運動力學。為了得到這個問題的答案，麥克興沖沖地帶著這些蟲癭去找希拉。這些小蟲子們沒有辜負麥克的期望，在希拉麵前表演了它們拿手的跳躍，給希拉留下了深刻的印象，兩個人一拍即合，開始鑽研起這些長度不到3毫米的小蟲子的跳躍秘密。
其實，許多沒腿兒的生物都進化出了自己的跳躍方法。大部分情況下，毛毛蟲樣的小東西會通過鎖定、壓縮、釋放三步完成跳躍。具體來說，它們會把頭和尾通過某種方式固定在一起，然後通過拉伸體表或者壓縮體液的方式獲得彈性勢能，就像“一個彎曲的香腸氣球”[2]。“解鎖”的一瞬間，蟲子就會靠著地面反彈釋放出的能量把自己發射出去了。
這種跳躍方式的效果絲毫不比那些有腿兒的生物來得差。 例如，知名跳高選手跳蚤的起跳速度為1.3米/秒, 葉蟬能到2.4米/秒，而一種無腿的果蠅幼蟲（俗稱：蛆）能夠達到1.98米/秒的起跳速度，與跳蚤和葉蟬不相上下。
視頻拍了千百遍，才看到跳躍一瞬間
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那麼癭蚊幼蟲呢？是不是採取同樣的跳躍策略？它們的跳躍水平怎麼樣？
這可不是容易回答的問題。癭蚊幼蟲本身尺寸小，跳開的速度也快，研究癭蚊幼蟲的跳躍對於攝像機的精度和速度的要求都很高。再加上前面提到，癭蚊幼蟲每年只有那麼一段時間會從剖開的蟲癭裡跳出來……於是，麥克和希拉的聯合研究團隊前前後後花了三年時間，才捕捉到了清晰完整的癭蚊跳躍影像。
癭蚊幼蟲果然沒有讓人失望。通過分析跳躍影像，麥克和希拉發現，癭蚊幼蟲的一躍能夠跳出30多倍身長的距離，跳躍速度可達1米/秒，這可比它們費力爬起來的速度快多了。另外，麥克和希拉還邀請了來自英國林肯大學的同事對癭蚊幼蟲的跳躍能耗做了分析。結果顯示，跳躍的效率大約是80 J/kg·m——將1千克的物體移動1米耗能80焦耳，而它們蠕動起來的效率則是2400 J/kg·m，可見
跳躍比如蠕動效率高了整整30倍！。
跳（飛）出去的癭蚊幼蟲
影像分析還揭示了癭蚊幼蟲跳躍的全過程。像它們許多的無腿兄弟一樣，癭蚊幼蟲起跳分為三步：
第一步，首尾鎖定：尾巴部分的背部著地，腹部向後收縮，直到第三體節貼上尾部，形成一個圈。
第二步，蓄勢待發：通過擠壓體液，癭蚊幼蟲的後三分之一膨脹、變白，積蓄了彈性勢能。這一步驟也可以看作是癭蚊幼蟲形成了一條“假腿”。
第三步，放飛自我：一秒多的時間之後，鎖定釋放，小蟲子就瞬間彈走了，滯空時間足夠翻騰四周半。
肉蟲跳躍之謎的微觀證據
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詳細的觀測記錄解開了癭蚊幼蟲跳躍的大部分謎團，但是麥克和希拉並沒有就此滿意。他們又有了新的問題：在癭蚊幼蟲跳躍的鎖定步驟，它們並沒有採用口尾相接的方式，而是把第三體節和尾部鎖定到了一起。第三體節有什麼特殊之處嗎？這個鎖定又是怎麼實現的呢？為了回答這些問題，麥克和希拉想要更細緻地觀察一下癭蚊幼蟲的形態構造。
然而癭蚊幼蟲實在是太小了，一般的顯微鏡幫不上什麼忙。又是一番絞盡腦汁的嘗試之後，麥克和希拉的團隊終於找到了一種方法，能夠將這些微小的蟲子完整地脫水固定從而保存下來。然後，他們藉助超高分辨率的掃描電鏡找到了他們想要的答案。
他們發現，癭蚊幼蟲自第三體節開始，每個體節上都會出現一條手指樣的微結構條帶。這些條帶讓麥克和希拉想到了壁虎的足趾。壁虎足趾上密佈的皮膚褶襞和微絨毛能夠通過分子間的範德瓦爾斯力讓壁虎牢牢地粘在牆壁上。麥克和希拉猜測，癭蚊幼蟲不同體節上的微結構條帶也有相似的作用，可以通過擠壓讓癭蚊幼蟲把自己短暫地“粘”在一起，鎖定成一個圈，從而為跳躍而蓄力。
癭蚊幼蟲第三體節上的微結構條帶及放大圖 | 參考文獻[1]
跳躍的原理總算是弄明白了，麥克和希拉又開始了終極靈魂拷問：這些小蟲子，老老實實在地上蛄蛹不好嗎？為什麼要跳來跳去呢？是進化遺留，還是另有目的？其實，動物們學會跳躍不外乎兩個原因：趨利或者避害。跳躍可以幫助追捕獵物，或者躲避捕食者、寄生蟲甚至環境危害。
所以麥克和希拉猜測，蟲癭突然被撬開會讓小蟲子們嗅到危險的氣息，這時，基本發育完全的小蟲子們就會奮力蹦跳，躲開這些不知道從何而來的捕食者，增加自己活下去的幾率。
跑是跑不過的，不如原地起飛吧！
作者名片
排版:Yao
參考文獻：
[1] Farley, G. M., Wise, M. J., Harrison, J. S., Sutton, G. P., Kuo, C. and Patek, S. N. (2019). Adhesive latching and legless leaping in small, worm-like insect larvae. J. Exp. Biol. 222, jeb201129
[2] Locomotion by jumping in the Mediterranean fruit-fly larva Ceratitis capitata. Nature 355, 159-161. doi:10.1038/355159a0
[3] How maggots leap without legs https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/tcob-hml080219.php
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