對不起,走錯片場了,我們仍然是一個嚴謹不嚴肅的科普號。
一提起電視劇裡的黑幫,大家腦海裡浮現出來的一定是手裡拿著斧頭、穿著黑衣、戴著墨鏡的大哥們劍拔弩張的場景。黑幫這個詞的出現不僅是因為他們的邪惡黑暗,還與他們的服裝有著密切關係,正是由於他們每次出場往往是成群結隊的黑色服裝,“黑”這個字才和他們結下不解之緣。不過,他們為啥喜歡穿黑衣服呢?除了帥氣之外難道就沒有其他意義了嗎?
(沒錯,帥就完事了!
也許,我們中科院動物所的一篇關於蝗蟲的研究成果可以解釋,不過在展示論文內容之前,我們得要從頭開始談談蝗蟲~
蝗蟲會“黑化”
蝗蟲,學名飛蝗(Locusta migratoria)後腿發達,用後腿可以跳比身體長數十倍的距離。
蝗蟲喜歡生活在熱帶、溫帶的草地和沙漠地區。唯一的娛樂活動就是“蝗上蝗”。
其在全球範圍內共有10個亞種,而在我國活動主要有東亞飛蝗、亞洲飛蝗和西藏飛蝗3種,其中的東亞飛蝗最是惡名昭彰,史籍所記載的蝗災大多是由其引發。而這一次在東非地區發生,橫跨影響了十幾個國家的大蝗災的罪魁禍首也是飛蝗另一個亞種——沙漠飛蝗造成的。在不少人眼中蝗蟲就是災難的象徵,給人類社會的正常生產發展造成嚴重的破壞。
但是,說起蝗蟲“親切”的另一面相信很多人都不會陌生,那就是當他們呈現綠色的時候,這時它們不僅人畜無害,反而能成為你童年的玩伴。
其實,蝗蟲具有“體色多型”的特性,自身可以在綠與黑兩種體色之間發生轉化,呈現何種顏色取決於蝗蟲是“落單”還是“集合”。
“落單”是散居型 (solitarious phase),指的是蝗蟲零散地分開活動,種群密度較低的情況,這時它們會呈現出綠色;而“集合”是群居型 (gregarious phase),指的是蝗蟲集體活動,形成蝗群,能夠引發蝗災的情況,這時它們會變成黑色。
(巴啦啦能量,黑魔法變身~)
蝗蟲這種體色的變化具有非常重要的生存意義。當其散居時,綠色的體色可以就幫助它可環境融為一體,進行完美的潛藏,讓捕食者無法發現,而當各處潛藏的蝗蟲集合起來後,由散居轉變為群居,轉換後的黑色體色既可以使它們進行同種間相互識別,又可以對天敵發出警戒信號抵禦捕食。這不就是潛藏在正常人群當中的黑幫,在接頭後,卸下偽裝的外表,換上黑衣,準備開乾的節奏嗎?
(我懷疑黑幫在抄襲蝗蟲,並且我掌握了充分的證據
變綠沒那麼簡單
憑什麼蝗蟲會變色,我們卻不可以呢?這不是非常不公平的一件事嗎?
假若可以像蝗蟲一般可以把自己變得亮綠亮綠的,生活能增添多少樂趣呀。為了實現自己變綠的理想,科學家們堅持不懈地進行了一次又一次實驗探索,在變綠科研的路上愈行愈遠。
在過去的一個時期內,科學家們發現保幼激素可以誘導出蝗蟲綠色的出現。
保幼激素 ( juvenile hormone, JH),這名字一聽就感覺和有些人用於美容的肉毒桿菌毒素的作用差不多——“保持童顏”。事實上確實如此,保幼激素在發育過程中由昆蟲的咽側體所分泌產生。
在幼蟲期,能抑制成蟲特徵的出現,使幼蟲蛻皮後仍保持幼蟲狀態;在成蟲期,有控制性的發育、產生性引誘、促進卵子成熟等作用。早在 50 ~ 70 年代就有學者把散居蝗蟲幼蟲的咽側體(能分泌保幼激素)移植到群居蝗蟲幼蟲體內,或直接將保幼激素及其類似物注射到群居蝗蟲的幼蟲體內,觀察其體色變化。實驗證明,JH確實能誘導蝗蟲出現綠色體色。
值得強調的是,保幼激素目前只在昆蟲中有發現,其它動物包括人類並不會分泌這一激素。所以,我們想通過這條途徑變綠怕是沒有可能,只能期待科學家發現關於變綠更深的機理了。
神奇調色板
回到關於“黑幫”的討論上,黑幫的黑衣僅僅是套在外面的衣服,對比之下蝗蟲變黑的方式明顯是更加的帥氣(霧)。如何變綠尚無定論,但如何變黑,蝗蟲到底如何完成“黑化”的秘密已經被揭露。
中國科學院動物研究所康樂研究員和他的團隊提出一個機制——“調色板效應”。蝗蟲的綠色是由於黃色和藍色素的組合形成,那麼在綠色的基礎在加上紅色,黑色不就獲得了嗎?一個個簡單的假說,卻得到巨大的成功,其實換裝的原理就這麼簡單。
實驗結果顯示,在綠色蝗蟲和黑色蝗蟲中,一種名為β胡蘿蔔素結合蛋白(βCBP)的表達數目差異巨大,而且與種群密度呈正相關。
而且,βCBP可以與β胡蘿蔔素發生結合能夠形成的紅色複合物,基於這個假說,研究員便給散居蝗蟲飼餵β胡蘿蔔素後進行群居飼養,發現蝗蟲體內β胡蘿蔔素結合蛋白水平果然顯著增加,幾乎一半蝗蟲體色由綠色轉變成黑色背面/棕色腹面,而其餘蝗蟲轉變為黑色。
康樂研究組首次證明飛蝗的黑色(或棕色)是由紅色的色素複合體所決定,而且這種體色變化是能夠響應種群密度的改變。
這項研究揭示了動物通過巧妙的利用物理的三原色配色來形成群居體色的一種適應性進化機制,從中還可以合理地推測出我們世界中動物斑斕的體色都是三原色的組合所實現。
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參考資料:
[1]朱道弘, 陽柏蘇. 飛蝗變型及體色多型的內分泌控制機理[J]. 動物學研究, 2004(05):93-97.
[2]Yang, Meiling, et al. "A β-carotene-binding protein carrying a red pigment regulates body-color transition between green and black in locusts." Elife 8 (2019): e41362.