外埠

科普中国微信公号消息,一说起苍蝇,你会联想到哪些词语?估计答案中,“肮脏、细菌、腐败”这类词语榜上有名。但在科研人员眼里,这些小虫子是多样的、奇妙的生命,是大千世界中不可或缺的角色之一。

蝇类在生物界中起到什么作用?

蝇类,或称苍蝇,在昆虫分类学中隶属于双翅目环裂亚目。全世界已被双翅目学者命名的蝇类约有40000种,中国分布有近5000种(薛万琦等,2009;由于分类学的新种增加和异名修订,该数字有变动)。

喜欢生活在水边的溜蝇

在物种多样性如此之高的蝇类中,仅蝇科的家蝇、丽蝇科的丝光绿蝇、厕蝇科的夏厕蝇和麻蝇科的棕尾别麻蝇等少数种类与我们的生活环境有"密切联系":它们均是以城镇乡村等环境中的腐败物质或动物排泄物为食的腐生性物种--滋扰你的讨厌家伙,不外乎是来自这4个科的10余种苍蝇。

实际上,蝇类食性复杂多样,除了重口的腐生性之外,还包括诸如植食性、蜜食性、捕食性和寄生性等其他习性。退一步来讲,即使是腐生性的苍蝇,我们嫌弃归嫌弃,没它们真不行:地球上那么多腐败物质,需要通过食腐生物来重新进入物质循序,苍蝇可是其中的生力军。

蝇类庞大的种类数目、以及食性的复杂程度,都说明了一个事实:无论你喜不喜欢,苍蝇是一类在演化史中非常成功的类群。该类群经历了爆发式的适应性辐射演化,从而拥有了高度多样性的生活史。

世界广布种螯溜蝇。

在分类阶元上,溜蝇是隶属蝇科的一个属。这个家族并不大,自从1776年首个物种螯溜蝇被发现命名后,至今为止全世界共记载约180个物种,各个生物地理界均有分布(唯独澳洲界的新西兰岛屿尚未有记载)。

中国的溜蝇区系研究,从胡经甫、范滋德和薛万琦几位先生手上传递下来后,我们厘清国内共分布有43个物种,其中3种为中国特有种(高原螯溜蝇、毛胫溜蝇和柳叶溜蝇)。

为什么叫溜蝇?

“溜”,意指滑行滑动。溜蝇这个名字,取得相当合适,很有“生态学内涵”:这是一种逐水而居的蝇类,能在水面上快速运动。溜蝇的生态位和大家比较熟悉的另一类水生昆虫,水黾,比较接近。

二者均有“轻功水上漂”的灵活走位,并以水体周围的小型节肢动物为食。不同的是,水黾更多是守株待兔,在水面上漂着等悲催的淹死鬼;而溜蝇则会主动出击,去捕食其他水面和水边的小虫子。

溜蝇是益虫还是害虫呢?

知道它和和粪便垃圾没交集,不觉得恶心了对吧!还有让人惊喜的呢!从狭义的利害关系角度来看的话,溜蝇还真属于益虫呢。

双翅目学家们观察到这个家族中的世界广布种螯溜蝇会捕食刚羽化的库蚊,可作为生物防治库蚊的天敌。能吃蚊子的苍蝇,你家小区的水池要不要来几只?

溜蝇有哪些过人之处?

作为捕食者,肯定得有些过人之处嘛。一招轻功水上漂,可不是溜蝇唯一的看家本领。要想吃得好,一副好牙口是必须要有的。从形态学的角度来说,蝇类的口器属于舐吸式。苍蝇吃东西时,会先吐出消化液,再将溶解的物质吸入。这样的口器,与其他昆虫捕食者吓人的大颚相比起来,简直就像小白兔一样温顺了。但苍蝇嘴巴其实是暗藏玄机的,就藏在那看似温顺的口盘底下。

大王虎甲和齿蛉

溜蝇用舐吸式口器进食。

苍蝇的舐吸式口器底面,唇瓣的中央,其实是长着"牙齿"的,这个特化的结构叫作唇瓣齿。

学者们一开始普遍认为,这个结构在蝇类、尤其是腐生性蝇类的进食过程中并没有起到多大作用。直到上世纪80年代后,日本科学家Iwasa和匈牙利科学家Kovacs等人分别用电子显微镜对这个结构进行了细致观察,才发现这个结构并不简单。Kovacs等人给家蝇喂食猪的角膜,然后把被取食后的角膜放在电镜底下观察,发现角膜上破裂程度最厉害的位置,就是唇瓣齿所在的位置。

世界上最早的苍蝇口器电镜照片。

科学家们用显微镜对着苍蝇嘴巴拍照的热情就此被点燃了,腐生的丽蝇和麻蝇、植食的花蝇、寄生性的寄蝇和嗜血性的虱蝇等各个科级阶元的苍蝇都被拉到高倍显微镜下检查牙口情况、并被互相比较。这一比,还真发现了三个规律:

1、捕食性和嗜血性蝇类的唇瓣齿比其他习性蝇类的发达

2、植食性和寄生性蝇类基本不长唇瓣齿

3、腐生性蝇类的唇瓣齿强度居中,且多具分叉

两种腐生性蝇类的唇瓣齿(上为厩腐蝇、下为丽蝇)。

再回过头看看溜蝇的唇瓣齿,发现了上面分布了4对锐利且发达的唇瓣齿,喙齿大得吓人,占整个口盘大小的相对比例远超上述其他蝇类。这样的高配升级版舐吸式口器,能帮着溜蝇把猎物撕开小口,有助于消化液进入。有这牙口,真是吃嘛嘛香!

螯溜蝇的唇瓣齿,不知被它来一口是什么感觉。庆幸!好在溜蝇不咬人!作者摄,蝇类进化生物学研究组保留权利

除了唇瓣齿之外,溜蝇还有另一个“秘密”得以曝光。这个秘密就是,有些溜蝇长着神奇的腿毛!

这群溜蝇亲缘关系很近,都隶属于青灰溜蝇种团,它们的后足第一分跗节存在不同程度的膨大且长有特殊的鬃毛。这些毛在光学显微镜下(毫米级)的视觉效果如下图。

青灰溜蝇种团的10种溜蝇,腿毛不拘一格各具特色。图片来源:作者摄,蝇类进化生物学研究组保留权利

我们发现该结构的鬃毛长得非常特殊,带有多级重叠的、方向一致(均朝向腹面)的附属结构(下图E),这种精密结构在肉眼下完全不可见,放大近2000倍后有着一种整齐的美感,不知有何作用呢?

隐藏在超显微世界的秘密:E中的白条代表万分之五厘米图片来源:作者摄,蝇类进化生物学研究组保留权利

在分析溜蝇奇怪腿毛作用时,我们想起了和溜蝇一样在水面活动的水黾:二者生态位相似,会不会有着类似甚至同样的特殊结构呢?果不其然,找到了相关研究:中科院化学所江雷研究员在Nature刊发了水黾足部超显微结构的功能分析文章。这回,水黾也被请进了电镜。

看完文章中的电镜,不由感叹这必然的巧合:溜蝇和水黾腿上的鬃毛有着相似的结构。江研究员把这种鬃毛取名为微毛,微毛上的精密构造则被称为纳米沟槽。Nature所刊文章对纳米沟槽的物理性质和力学参数进行了分析,认为这种结构拥着高度的疏水性,在表面张力的共同作用下,让昆虫得以在水面上灵活滑动。

水黾足上的微毛,放大后示纳米沟槽结构

溜蝇和水黾这两类亲缘关系很远的昆虫,竟然在相似生态环境、相似生态位的选择下,演化出了相似的微观结构,这就是趋同演化的力量。而且反过来,这种同功结构也是对生态环境生态位的适应,“结构与功能相适应”又一次得到了印证。

趋同演化的实例,在捕食性蝇类里还有另一个经典例子,那就是长得像螳螂的螳水蝇。螳水蝇前足就像两把大镰刀,长相会让人误以为是苍蝇和螳螂的私生子。不单样貌像,连吃饭也是一个德性:螳水蝇也会用捕捉足夹紧猎物,然后抱着一顿啃。不知螳水蝇的唇瓣齿,有没有溜蝇的锋利呢?

螳水蝇及大刀特写

一模一样的吃相

原标题:完全颠覆你的认知!人人都讨厌的苍蝇,竟然这么神奇

更多精彩报道,请下载看楚天app

责任编辑:黄莹



上一篇:角落吃灰的儿童性教育书畅销:有书店月销量超去年一年
下一篇:最后一页