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《诗经》里走出来的昆虫

2021-04-13杨红珍

百科知识 2021年7期
关键词:雌虫闪光荧光素酶

杨红珍

《诗经》是我国最早的一部诗歌总集,收集了西周初年至春秋中叶,在民间及王廷贵族中传唱的诗歌,共311首。在这些诗歌中,涉及昆虫描写的诗歌共有19篇,其中,“风”诗8篇,“雅”诗10篇,“颂”诗1篇。在这些篇章中,除了两篇是借助昆虫的生活习性来描写时令转换之外,其余的都是借助昆虫表达一种情感,比如,思念、凄苦、劝诫、讽刺、斥责、欣赏、美好愿望等。

伊威在室,蟏蛸在户。町畽鹿场,熠耀宵行。不可畏也,伊可怀也。

—《诗经·豳风·东山》

夏夜里的闪闪流萤,忽明忽暗,亦真亦幻。成千上万的萤火虫就像是夜空里的繁星,令人震撼。大自然竟是如此的神奇。自古以来,多少文人墨客借用它来表达各种不同的人生情感。我国第一部诗歌总集《诗经》里写道:“伊威在室,蟏蛸在户。町畽鹿场,熠耀宵行。不可畏也,伊可怀也。”借萤火虫来哀叹战乱带来的民不聊生的凄惨景象:军人回家时,看到家园已经很久没有住人了,屋子里有土鳖乱爬,门窗上结满了蜘蛛网,院子里有很多萤火虫发出鬼火一样的闪光,心情极其低落,更加思念家乡,思念亲人。李白的《咏萤火》“雨打灯难灭,风吹色更明。若飞天上去,定作月边星”给人一种美的享受。而杜牧的《秋夕》“红烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星”则抒发了一种哀婉悲悯的苦闷心情。当然也有励志的,英国前首相丘吉尔年轻的时候曾经说过:“我们都是小虫,但我是一只会发光的小虫。”

萤火虫又名夜光、景天、挟火、熠熠、宵烛、夜照、流萤、耀夜等,这些名字都表明了它会在黑夜里发光。自古以来关于萤火虫有很多有趣的故事。房玄龄在《晋书·车胤传》中记载,车胤酷爱学习,但因为家贫而买不起蜡烛,于是他就到外面捉了很多萤火虫,装在薄布袋里,借着萤火虫的光苦读,后来成为一位有大学问的人。坐拥天下的隋炀帝杨广则是一位不折不扣的赏萤爱好者。他在洛阳景华宫游玩时,曾经派人捕捉了成千上万只萤火虫,待到晚上将这些萤火虫一起放飞,欣赏其绚丽壮观、美不胜收的场面。隋炀帝一生三下扬州,每次都要玩萤火虫放飞的游戏。他还曾下令江都县大仪乡建设专门收集和放飞萤火虫的“放萤苑”,供其随时取乐之用。

古人因为认识的不足,早先以为萤火虫是磷变的,有时候也会把一些磷火当成是萤火虫。后来又有腐草化萤之说,这是因为萤火虫主要栖息于潮湿腐败的草丛里,古人看到萤火虫在草丛中出入,便认为物极必反—长期处于黑暗中的腐草败叶,时间久了就会生出闪闪发光的萤火虫。现在我们都知道,萤火虫是一类会发光的甲虫。

萤火虫还有很多实际的用途。比如,中美洲加勒比海岛上的土著人会将一些萤火虫放入刳空的黄瓜中,制成临时的照明灯,只要摇一摇黄瓜,萤火虫就会发光;亚马孙河流域的土著人祭祀时,会把萤火虫的发光器打碎,然后加水搅匀,涂在脸上。他们平时也会捉一些萤火虫放在瓶子里,吊在河中当诱鱼灯。

爱的光语言

昆虫虽小,求爱方式却多种多样。蚂蚱、蝈蝈、蟋蟀等鸣虫,用优美的歌声来打动异性;蛾类会散发出特殊的气味来引诱异性;蝴蝶会通过优美的舞蹈来俘获异性的芳心;石蝇会用自己身体“敲锣打鼓”向异性求爱;而萤火虫的求爱方式则是发出忽明忽暗的浪漫的闪光。

在萤火虫的爱情世界里,一般都是雄性比较主动。我们在夏夜里看见的点点闪光,就是雄性萤火虫在召唤雌性呢。日落之后半小时,雄性萤火虫便开始在低空缓慢地飞舞,并且以一定的时间间隔发出弱弱的闪光,而草丛中的雌性在收到信息后,如果发现是自己喜欢的异性,就会羞涩地发出一定时间间隔的闪光来回应,雄性萤火虫看到了闪光,就知道在那里有一位“佳人”在等待着它,然后便飞到雌性萤火虫的住处,之后便是郎情妾意。不过,也有少数种类的萤火虫,雌性相对比较主动,它们会先发出一定频率的求爱闪光,雄性看见以后,也会以一定的闪光信号予以回应,经过几次信号交流,雄性便向雌性飞过来,双方确认恋爱关系。

不同种类的萤火虫,闪光的颜色有所不同,有的萤火虫发出的光是黄绿色的,而有的是橙红色。而且,光的亮度、闪光的频率以及光亮持续的时间等,不同的种类也会有所不同,因此不用担心萤火虫会认错对象。

除了求爱之外,萤火虫的光还有报警作用。当萤火虫遇到危险的时候,它一面迅速飞逃,一面发出急促的橙红色的闪光,一是为了恐吓天敌,二是为了向其他同伴发出报警信号。周围的萤火虫收到信息以后,就会迅速将“灯光”熄灭,直到危险过去,萤火虫才会逐渐地重新亮起一盏盞小灯。当萤火虫不小心撞上蜘蛛网时,也会发出报警信号,警告其他萤火虫不要到这里来。

萤火虫的闪光还有警示作用,类似于昆虫的警戒色。萤火虫的幼虫体内含有类似于蟾蜍毒素的有毒物质,某些萤火虫的天敌如蜥蜴等,取食萤火虫之后会中毒,甚至死亡。而萤火虫的闪光就是警告捕食者:“不要吃我,吃我是要付出代价的!”捕食者看着这种闪光,也就不敢再去捕食它了。萤火虫的幼虫阶段时间非常长,最短的也有几个月的时间,在这漫长的生长期中,幼虫随时都会遭到捕食者的捕食。为了能够生存下来,它们逐渐进化出了体内含毒素和能发出恐吓性的闪光,来警告捕食者。而经历了蛹期,到了成虫期,这种毒素还保留在体内,成虫的闪光也具有警告作用,只不过又增加了一项功能—求爱信号,而且这项功能转变为成虫的主要功能了。

发光原理

萤火虫的发光器由发光层、反射层和透明表皮三部分组成。在萤火虫的腹部末端有一两节的表皮非常薄,薄得几乎透明,光就是通过这层表皮发出的。表皮下面是一些能发光的细胞,发光细胞的下面是另一些能反射光线的细胞。发光细胞里含有很多线粒体,说明它们能制造出能量物质—三磷酸腺苷(ATP)。发光细胞还含有两种特别的成分:荧光素和荧光素酶。荧光素是一种磷化物,是发光的主要物质;荧光素酶是催化剂。萤火虫发光的过程需要有氧气参加。荧光素接受ATP提供的能量后被激活,在细胞内水分的参与下,由荧光素酶催化,激活的荧光素与氧气发生化学反应形成氧化荧光素,于是就产生了光亮。这些光经反光细胞反射,会更加光彩夺目。

氧化作用所需要的空气,是由连接着萤火虫呼吸器官的细细的小管提供的。如果各个小管供给的氧气充足的话,氧化反应速度就会加快,产生的光就比较亮。反之,各个小管供给的氧气不充足的话,氧化反应速度就慢,光就较弱。而氧气的供应量是由脑神经控制的,脑神经可以调节萤火虫的呼吸节律,进而控制进入发光细胞的氧气的量。氧气的摄入量有时多些,有时少些,那么萤火虫发出的光也就有时强些,有时弱些,从而形成了一闪一闪的光亮。而萤火虫发光的颜色,则是由于它们体内所含的荧光素和荧光素酶决定的。

其实,萤火虫并不会整晚发光,因为发光是需要耗能的。入夜后的闪光舞蹈一般只会持续两三个小时。如果能量消耗殆尽,荧光素就暂时不能再发光了。要使荧光素再度发光,则必须等线粒体再度合成能量物质ATP。发光强度也因ATP的存在量而不同,ATP越多,亮度越强。只有活着的生物体才能合成ATP,当它们死亡以后,ATP会被迅速分解,这就是萤火虫死亡后不能再发光的原因。

萤火虫生物学

萤火虫是鞘翅目、萤科昆虫的统称,全世界已知约有2000种,广泛分布于除南极洲之外的其他大洲。我国大约有200种,在全国各地都有分布,南部和东南沿海各省种类和数量都比北方多。绝大多数萤火虫都会发光,只有极少数不会发光。根据萤火虫幼虫的习性,萤火虫可分为陆生种类、水生种类和半水生种类三类。陆生萤火虫的幼虫主要生活在草本植被茂盛、相对湿度较高的地方。而水生萤火虫幼虫则生活在清澈、干净、水流缓慢且浅的湖泊、小溪或稻田中。水生萤火虫是萤火虫中最稀少的一类,目前仅记录8种,主要分布在亚洲地区,我国分布有4种。其中,雷氏黄萤的幼虫主要生活在水底,属底栖类水生昆虫,而条背萤的幼虫主要漂浮在水面,属浮游类水生昆虫。

萤火虫体长约为0.8厘米,身形扁平细长。与其他鞘翅目昆虫相比,萤火虫的体壁和鞘翅较柔软。头较小,前胸背板前伸,盖住头部。雄性萤火虫的触角较长,有11节,呈扁平丝状或锯齿状。萤火虫雌雄两性的形态有多种类型。有些萤火虫的雌雄两性形态大致相同,雌性也有翅,也可以飞行。有些种类的萤火虫则具有性二型现象,即昆虫的雌、雄个体在大小、形态、颜色等方面存在差异。具有性二型的萤火虫,雄成虫有翅,雌成虫的体形比雄成虫大。有些种类雌成虫为蠕虫型,跟幼虫的形态差不多,没有翅,不能飞翔;而有些萤火虫,雌成虫也有鞘翅,但鞘翅缩短,约为体长的1/8~1/6,但没有膜翅(后翅),所以也不能飞行。

雌性萤火虫的发光器生长在尾部的最后两节,呈灰白色,夜晚发光的时候形成了两条宽宽的带形,而且光比较亮。而雄性萤火虫的发光器只有腹部最后一节,而且夜晚发光的亮度也没有雌性大,不能从背部透过来,飞行的时候,小灯在空中一闪一闪、慢慢悠悠地飘荡。

萤火虫是完全变态昆虫,一生要经历卵、幼虫、蛹、成虫4个阶段,大多数种类各个虫期都会发光。雌雄萤火虫交配后,都会同时将光减弱,隐匿在草丛中。不久,雌萤火虫便在潮湿的腐草、朽木或泥土中产卵,一次可产数百粒。卵多为球形或椭圆形,刚产下的卵为软壳,几天后逐渐硬化,卵的颜色为白色、淡黄色或黄色,可发出微弱的光。萤火虫以卵越冬,卵经过漫长的冬季后,来年4月中下旬开始进入孵化期,5月进入孵化高峰期,初孵化的幼虫为乳白色,随后体色逐渐加深,转为灰褐色,两端尖细,上下扁平,形如米粒,夜晚出来觅食。幼虫期较长,大多数为1年左右,有的可超过2年,比如金黄窗萤、扁萤等。萤火虫的幼虫经过6次蜕皮后化蛹,蛹经过两三周即羽化为成虫。

萤火虫成虫依种类不同,活动的时间也有差异,大部分萤火虫都是夜行性的种类,在日落后开始活动,只有少数种类白天活动。

营养丰富的精包

昆虫的求爱方式中,有一种类似于人类的“送彩礼”。比如,舞虻和蚊蝎蛉求爱时,雄性会带着礼物—一只小虫子,在雌性面前展示,礼物的大小决定着这场求爱能不能成功。有些雄性为了获得雌性的青睐,还会用丝线把禮物包起来。

雄性萤火虫虽然是用光信号求爱,但在新婚之夜,雄性还会有额外的礼物相送,那就是营养丰富的精包。多数种类的雌性萤火虫在成虫期基本上不吃不喝,完全依赖幼虫期储备的物质和能量来完成交配和产卵,而且还会消耗大量的能量用于飞行。

在交配过程中,雄虫会在体内合成一个螺旋状的、胶质的精包,然后把精包传输到雌虫的受精囊,等精子从精包释放出来以后,剩余的就是满满的营养物质,这些营养物质会在雌虫的消化腺内进行消化吸收。对于不再从体外摄取营养的雌虫来说,这些营养物质非常重要,不但能够提高雌虫的寿命,还能提高雌虫产卵的数量和质量。

雄虫努力制造精包也是为了自己的基因得以延续,让雌虫繁衍出更多自己的后代。有些雄虫发现雌虫体内已经有了别的雄虫留下的精包,就会先将这个精包拿出来,然后再将自己的精包放入雌虫体内,而有些雄虫则是将自己的精包也放进去,与其他雄虫竞争在后代中的父权分配比例。而雌虫也愿意与多个雄虫交配,从而获得更多的精包来提高自己的生殖能力。

对于具有性二型的萤火虫,雌虫因为翅的退化或者缺失而不能正常飞行,所以它们消耗的能量很少,不太需要额外的营养物质来提高生殖力,所以雄虫提供的精包对它们来说意义并不大。

“柔弱”的食肉动物

诗意浪漫的萤火虫,给人一种柔弱的感觉。的确,多数萤火虫成虫只喝水或者吃花蜜、花粉,少数成虫几乎不吃不喝,只消耗幼虫期间储存的脂肪。不过,萤火虫的幼虫却是个实打实的食肉动物。水生萤火虫幼虫主要捕食水中的小型螺类、贝类和其他的小动物。陆生萤火虫幼虫以蜗牛、钉螺等的肉为食。由于蜗牛以庄稼和蔬菜为食,是农作物的害虫,这么说来,萤火虫还是一种益虫呢。

与蜗牛相比,萤火虫的幼虫很娇小,那么它是怎么吃蜗牛的呢?原来,它进化出了一套对付蜗牛的神奇的“法宝”。当发现蜗牛后,它并不立即去攻击,而是先假装与其亲近,然后再用头部那一对锐利的大颚将蜗牛钳住,同时将毒液注射到蜗牛体内,而且会连续注射好几次,直到蜗牛被麻醉到全身瘫软之后,它又给蜗牛注射一种液体,这回注射的是消化液,将蜗牛的肉消化溶解,变成鲜美的肉汁,再用它那针管般的口器插进肉汁里吸食。有时,它还会招呼同伴过来,共同分享這顿美餐。

关于萤火虫成虫的食性,科学家也有新发现:有少数种成虫居然也是肉食性的,不过它们吃的是别的萤火虫的成虫,算是同类相残吧。在美洲生活的妖扫萤属(Photuris)的雌性萤火虫,能够模拟阜提萤属(Photinus)雌性萤火虫的闪光信号,将雄性萤火虫吸引过来,然后再吃掉它们。这种现象称为“光拟态”。这是萤科昆虫中唯一一个成虫为捕食性的属。捕食异种雄虫之后,雌虫便获得了更多的营养,从而有更多的能量用来产卵,增加产卵量。而且取食这些猎物之后,它体内还能产生一种有毒物质,能使它的卵和幼虫免受天敌的危害。

荧光素和荧光素酶的应用

萤火虫发出的光是可以用光度计直接检测出来的。根据萤火虫的荧光反应对ATP的依赖性,荧光素和荧光素酶已经成为测量和分析ATP的一种有效工具,而ATP是生命存在的一种标志。因此,荧光素和荧光素酶在工业、医疗、污染防治等很多领域得到了开发和利用。

早在1885年,法国科学家就在实验室里提取了萤火虫的荧光素和荧光素酶。目前,荧光素酶已经可以利用大肠杆菌进行大量培养,并且已经开发出了利用荧光素与荧光素酶的微生物侦测剂,只需短短30秒,就可以检测出受检样品上微生物的情况。这种迅速且敏感度极高的侦测法,可以用于对发酵加工工厂的灭菌情况、外科手术房间的杀菌情况、自来水的卫生状况的检测,甚至对为航天员准备的食物的安全进行检测等。在医疗上,还可以检测病毒和细菌感染疾病的治愈情况。2015年初,科学家运用荧光素酶成功探测到活鼠大脑中的特异酶,这一方法将为洞察人类大脑的信息打开一扇窗户。

利用荧光素酶的基因作为报告基因,可以对活细胞和组织中的基因进行研究,还可以获取正常及病理状态下动植物细胞的胚胎发育以及不同生理阶段的信息,在艾滋病的检测上也是一种潜在的工具。也许在不久的将来,科学家还可以将荧光素和荧光素酶制成的生物探测器,发射到其他星球上,去探测那里是否有生命存在。

荧光素酶在农业上也得到了很好的应用,不但可以检测植物受洪、涝、旱等自然灾害胁迫的情况,还可以检测农业害虫的分布情况。而且,还有人“突发奇想”,打算将萤火虫的发光基因转移到植物上,制造出能够持续发光的植物,以便将来可以把这样的植物种在路边作为照明的路灯,也可以在花卉园艺的造景中作为装饰植物。

令人嘘唏的生存现状

萤火虫是一类非常挑剔的昆虫,对环境的变化最为敏感。它们只生存在草木繁茂、水质清洁、没有任何污染的湿润的地方。也因为如此,它们成为了非常重要的生态环境指示物种。近年来,因为森林砍伐、河流污染、水土流失、农药和化肥的滥用等原因,萤火虫栖息地不断减少,萤火虫种类和数量出现断崖式下降。城市扩张也影响萤火虫的生存环境,到处充斥的水泥和砖结构,使得萤火虫成虫产卵和幼虫化蛹找不到合适的地点。萤火虫在现代城市中几乎绝迹。

对萤火虫的生存影响很大的还有光污染。我们知道,萤火虫发光不是为了照明,而是它们的生存手段。灯光会干扰萤火虫成虫进行求偶和交配,也会干扰幼虫的自我保护能力。亮如白昼、五光十色的夜晚,根本不适合萤火虫的生存,想在城市里看见一只萤火虫已经成为梦想。即便在偏远的山区,也因为公路的修建而设置了大量的人工照明设施,同样影响到萤火虫的生存。

外来物种入侵也严重威胁着萤火虫的生存。在我国,作为一种经济种类引进的福寿螺,因为肉质不受欢迎的原因,该物种逃逸到自然环境,使得水质不断恶化,而且因为螺体过大,不能成为水生萤火虫幼虫的食物。溢出到自然环境中的克氏原螯虾,因其杂食习性和食量大,成了萤火虫最大的天敌。一些陆生的入侵种类如非洲大蜗牛、牛蛙等,对萤火虫的生存来说,都是雪上加霜。

在这样恶劣的条件下,大多数萤火虫种类已进入濒危物种的行列。人们想要欣赏到点点流萤的浪漫之美,已经是一种奢求了。于是,一些无良商家看到了商机,开始搞起了城市萤火虫放飞活动。这些活动并没有营造出梦幻般的浪漫气息,反而造成了虫尸遍地的可悲场景。

萤火虫成虫的生命只有短短几天,且对空气、水质、温度、光等条件的要求都很高,长距离运输很容易加速其死亡。同时,在现有技术条件下,人工养殖萤火虫很难做到批量生产,用来营造“萤火虫之夜”的萤火虫,基本上都是野外捕捉并运往大城市的。这种行为势必破坏原产地的生态平衡。大量放生后,也会对流入地的自然环境构成影响。这对摇摇欲坠的萤火虫种群来说是又一次浩劫,不但所有的萤火虫都会死于非命,而且这么多的萤火虫丧失了传宗接代的机会。好在这种行为很快引起了环保人士和环保组织的强烈抵制,野生动物管理部门叫停了这种生意,同时禁止任何出售萤火虫活体的行为。

保护好萤火虫的家园

人类从来没有停止过追求光明的脚步。黑夜里欣赏萤火虫的闪光,不仅是儿时的梦想,也是很多成年人的愿望。但萤火虫又是一类非常脆弱的昆虫,我们不能把萤火虫“拿来”欣赏,但可以去萤火虫生活的环境中欣赏它们的风采!

日本、澳大利亚、新西兰、马来西亚、印度尼西亚等国已经建立了很多赏萤地点。日本各地分布着上千个大大小小的萤火虫自然地,这些地方受政府保护;在马来西亚和印度尼西亚,可以去红树林赏萤,运气好的话,你还能看到一树萤火虫突然飞上天空,带来非常梦幻的情景。我国台湾阳明山国家公园、台中市的东势林场等也是著名的赏萤地点。

近年来,我国内地也开始开发生态赏萤地点。山东沂水萤火虫生态保护基地是—个大型的地下溶洞,因有着数以万计的萤火虫萦绕在溶洞洞顶,故称为萤火虫水洞。这是一个常年能看到萤火虫的地方。游客可以在黑暗的洞内感受萤火虫的静谧世界,成千上万的萤火虫附于洞壁之上,犹如晴朗夜空中的繁星,熠熠生辉。萤火虫水洞中有3种萤火虫,分别是黄缘萤、窗萤、金萤。不同的种类发光的颜色也是不一样的,在洞内可以看到黄色、黄绿色和绿色的光,更是增添了一些奇幻色彩。目前全世界仅有两处萤火虫水洞,除我国山东这一处,在新西兰怀卡托还有一处,名为怀托摩萤火虫洞。不过,据说洞内发光的不是萤火虫,而是双翅目昆虫萤火蚋。

南京的紫金山也是一个保护得很好的赏萤地点。紫金山上有端黑萤、窗萤、黄脉翅萤等多种萤火虫,十分惊艳。福建的南靖土楼景区、沿线景点及国家级保护区萤火虫发生普遍,大约有12种,赏萤区全程达1300米。相信我国未来还会开发出更多的生态赏萤地点,萤火虫的生存条件也会有很大程度的提升。

看似微不足道的萤火虫,跟生态环境有着极为密切的联系。青山绿水,是萤火虫赖以生存的家园,也是人类赖以生存的家园。保护好萤火虫的家园,也就保护好了我们人类的家园。希望不远的一天,萤火虫能够真正回到我们身边。

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