第四章 蚜虫三大秘闻《英语自学笔记》G卷 English self-study notes

第四章 蚜虫三大秘闻 Three secrets about aphids

蚜虫aphid 蚜虫很可能早在2亿8千万年之前的二叠纪早期就已经出现。那时它们可能是以Cordaitale或苏铁植物为食。 已知最古老的蚜虫化石是来自三叠纪的物种。蚜虫的物种数量曾经很少，但随着1亿6千万年前被子植物的出现而开始增长。被子植物也使得蚜虫开始特异化。而蚜虫的特征器官——腹管，直到白垩纪才出现。 蚜虫（英语：aphid，又称腻虫或蜜虫）是一类植食性昆虫，种类包括蚜总科（又称蚜虫总科，学名：Aphidoidea）下的所有成员。目前已经发现的蚜虫总共有十个科约4,400种，其中多数属于蚜科。蚜虫的大小不一，身长从一到十毫米不等；天敌有瓢虫、食蚜蝇、食虫虻、寄生蜂、食蚜瘿蚊（aphid midge larvae）蟹蛛、草蛉以及昆虫病原真菌（entomopathogenic fungi，含绿僵菌）。 蚜虫在世界范围内的分布十分广泛，但主要集中于温带地区，且其物种多样性在热带比在温带要低得多。蚜虫可以进行远程迁移，主要是通过随风飘荡的形式来进行扩散；例如莴苣蚜虫被认为就是通过这种方式从新西兰传播到塔斯马尼亚。而一些人类活动也可以帮助蚜虫的迁移，例如对附着蚜虫的植物进行运输的过程。 蚜虫是地球上最具破坏性的害虫之一，其中大约有250种是对于农林业和园艺业危害严重的害虫。 但是蚜虫有三大令人诧异的秘闻： 秘闻之一：蚜虫是昆虫界的繁殖之王 蚜虫一年能繁殖20-30代，出生以后只需5天就能生育后代；寿命约3个月。蚜虫仅需一个月就能繁殖4000万只，这颠覆了我们的认知，自然界竟然有这种神奇的繁殖体系。 秘闻之二：蚜虫能像植物一样进行光合作用 蚜虫产生危害时会排出大量的蜜露污染叶片和果实，从而引起煤污病的发生，影响植物光合作用。 但科学家还发现蚜虫能像植物一样进行光合作用，是动物世界中唯一一种可以合成色素的成员，这种色素能够吸收来自太阳的能量，并用于自身能量合成。 秘闻之三：蚜虫排泄物居然是美味蜜露 蚂蚁喜欢舔蚜虫的排泄物。蚜虫的排泄物，是蚂蚁口中的美味，蚜虫为蚂蚁供蜜露，蚂蚁帮蚜虫御敌，二者构建互惠共赢的生存联盟。 人类同样喜欢蚜虫提供的这类美味，并称赞蚜虫产生的排泄物为蜜露，给蚜虫取了个好听的名字叫“蜜虫子”。 蓟草上的蚜虫 （1）蚜虫是昆虫界的繁殖之王 Aphids are the breeding kings of the insect world 蚜虫，英文名为aphid ，是半翅目蚜总科的统称，包括蚜总科下的所有成员，目前已经发现的蚜虫总共有10个科约4400种，其中多数属于蚜科。 体小而软，大小如针头。蚜虫的大小不一，身长从一到十毫米不等。常分为头、胸、腹三部分。体表光滑或分泌蜡粉、蜡丝覆盖虫体；体毛顶端尖锐或平钝，有时膨大为头状或扇状；腹管无、环状或管状；尾片多为半圆形、瘤状、长短不等的圆锥形、三角形和五角形等。 蚜虫为多态昆虫，同种有无翅和有翅，有翅个体有单眼，无翅个体无单眼。 大多数蚜虫具有柔软的绿色躯体，但其他颜色也很常见，如黑色、棕色和粉红色。 苹果蚜虫（Aphis pomi）的不同生命阶段和不同性别 蚜虫有多达六节的触角。蚜虫通过被称为stylet的口器来吸食植物汁液，stylet被包裹在称为吻突（相当于上下颌骨）的鞘中。它们还具有细长的腿，跗节为两节两爪。 大多数蚜虫具有一对腹管，用于排出可迅速硬化的防御液（“腹管蜡”），成分为甘油三酯。一些类型的蚜虫也可以分泌其他类型的防御液。蚜虫有类似于尾巴的刺突，位于直肠孔上，被称为尾片（cauda）。它们具有两个复眼，每个眼的后方和上方各有一个视突起，从而形成三个视觉系统。 当蚜虫的宿主植物的状态变差或蚜虫数量过于拥挤时，一些种类的蚜虫会产出具有翅膀的后代，从而能够散布到其他食物源。在一些种类或形式的蚜虫上，口器或眼变得更小甚至消失。 一只蚜虫正在直接产出小蚜虫 蚜虫仅需一个月就能繁殖4000万只，这是自然界神奇的繁殖体系。蚜虫一年能繁殖20-30代，出生以后只需5天就能生育后代；寿命约3个月。 一些种类的蚜虫具有独特而复杂的生殖适应，另一些则相对简单。这些适应包括有性和无性生殖，产卵或直接产出幼虫（卵胎生），以及在一年中的不同时间在木本和草本植物之间转换。 许多蚜虫会发生周期性的孤雌生殖。在春季和夏季，蚜虫群中大多数或全部为雌性，这是因为过冬后所孵化的卵多为雌性。这时生殖方式为典型的孤雌生殖和卵胎生。变化后的减数分裂导致所产的卵在遗传上完全等同于它们的母亲（孤雌生殖）。而胚胎在母亲卵巢管内发育，从而产出时为第一龄的雌性幼虫（卵胎生）。这些幼虫与它们的母亲除了大小以外完全一样。 这样的生殖循环一直持续到整个夏季，大约20-40天能够繁殖多代。因此一只雌虫在春季孵化后可以产生数以亿计的蚜虫。 到了秋天，蚜虫开始进行有性生殖和卵生。光照周期和温度的变化，或者是食物数量的减少，导致雌性蚜虫开始产出雄性幼虫。雄性蚜虫与它们的母亲在遗传上是等同的，只是少了一个性染色体。这些蚜虫可能缺少翅膀甚至口器。 雄性和雌性进行交尾后，雌性就开始产卵。这些卵在度过冬季后，孵化出带翅膀或不带翅膀的雌性蚜虫。但是，在温暖的环境中，例如在热带或在温室中，蚜虫可以数年一直进行无性生殖。 有时一些物种在夏天会产出带翅膀的雌性，以应对食物数量和品质的下降。这些带翅膀的雌性蚜虫会迁徙到新的植物（常常为不同类型植物）上开始繁殖新的种群。 还有一些蚜虫有重代（telescoping generation），也就是说，孤雌生殖且卵胎生的雌虫体内的幼雌虫体内也有自己的下一代。因此雌虫的摄食能够影响多代（其“女儿”和“孙女”）的体积和繁殖率。 蚜虫生活史复杂，无翅雌虫(干母〔stem mother〕)在夏季营孤雌生殖，卵胎生，产幼蚜。植株上的蚜虫过密时，有的长出两对大型膜质翅，寻找新宿主。 夏末出现雌蚜虫和雄蚜虫，交配后，雌蚜虫产卵，以卵越冬蚜虫，最终产生干母。温暖地区可无卵期。蚜虫有蜡腺分泌物，所以许多蚜虫外表像白羊毛球。 （2）蚜虫能像植物一样进行光合作用 Aphids can photosynthesize like plants 科学家发现蚜虫能像植物一样进行光合作用。 在美国一个报社发表《自然》子刊《科学报告》中讲述：科学研究找到昆虫光合作用首个证据，揭示蚜虫或具有一套基本的阳光捕获体系，能够捕获阳光中的能量的色素在豌豆蚜的代谢中扮演了一个重要角色。 蚜虫的生物学特性真是太奇特了——雌蚜虫生下来就可以繁殖而无需雄性，而雄蚜虫有时候竟然没有长嘴，致使它们在交配后不久便会死去。一项研究成果又为它们的特异功能名单添加了惊人的一笔：它们竟然也能够捕获阳光，并按照代谢的目的使用这些能量。 很多动物依赖这种色素完成一系列功能，例如保持一个健康的免疫系统，或合成某些维生素，然而在蚜虫中，这种色素能够吸收来自太阳的能量，并将其转化为参与能量生产的细胞机制。 尽管这在动物界是前所未有的，但这种能力在其他的王国中却很普遍。植物和藻类，还有某些真菌及细菌也能够合成类胡萝卜素，并且在所有这些生物体中，这种色素形成了光合作用的一部分。 自从2010年发现线索表明蚜虫体内高水平的类胡萝卜素是“自产自销”以来，研究团队便开始着手调查，这种昆虫为什么要合成这种“昂贵”的代谢化学物质。 原来类胡萝卜素决定了蚜虫的色素沉着，而一只蚜虫的颜色又决定了能够看见它的捕食者的种类。当研究人员测量了蚜虫体内的ATP（三磷酸腺苷，所有生物体中能量转移的“通货”）水平后，结果令人震撼。与几乎没有这种色素的白蚜虫相比，具有高水平类胡萝卜素的绿蚜虫体内携带了更多的ATP。此外，当把橙色蚜虫——拥有中间数量的类胡萝卜素——放置到阳光下时，其ATP生成将会增加，而当将其转移到黑暗中时，其ATP含量便会下降。胡萝卜素分子在动物体内的排列方式也进一步证明了这种假设。能量生产对蚜虫而言似乎是个最小的问题——它们的食物承载了太多的糖，其中的大部分都是没有用的。 这便引出了一个问题，蚜虫为什么还要进行光合作用？ 科学家还没有找到明确的答案，但认定蚜虫能像植物一样进行光合作用，这是动物世界中唯一一种可以合成色素的昆虫，这种色素能够吸收来自太阳的能量，并用于自身能量合成。 （3）蚜虫排泄物居然是美味蜜露 Aphid excrement is delicious honeydew 蚜虫又名“蜜虫子”，因能产生蜜露而得名。 蚜虫喜欢群居，对黄色、橙色有强烈的趋性，绿色次之，对银灰色有负趋性。蚜虫常聚集在幼苗、嫩叶、嫩茎和近地面的叶片上，取食寄主汁液。 通常认为腹管是分泌蜜露的器官。但实际上，蜜露是从蚜虫的肛门分泌出来的排泄物，而腹管的作用是分泌化学防御物质，如蜡。也有证据表明在一些情况下，腹管蜡能够吸引蚜虫的天敌。 蚜虫与蚂蚁有着和谐的共生关系。蚜虫带吸嘴的小口针能刺穿植物的表皮层，吸取养分。每隔一两分钟，这些蚜虫会翘起腹部，开始分泌含有糖分的蜜露。工蚁赶来，用大颚把蜜露刮下，吞到嘴里。一只工蚁来回穿梭，靠近蚜虫，舔食蜜露，就像奶牛场的挤奶作业。蚂蚁为蚜虫提供保护，赶走天敌；蚜虫也给蚂蚁提供蜜露，这是一个合作两利的交易。 科学家发现蚂蚁利用自身分泌物奴役蚜虫 蚂蚁和蚜虫总是比邻而居，因为蚜虫分泌的一种露汁是蚂蚁所喜欢的一种食物。但英国科学家一项研究显示，蚂蚁分泌的化学物质可镇定和抑制蚜虫种群，从而使蚜虫成为蚂蚁的食物来源。 这项新研究为蚂蚁和蚜虫之间的复杂关系作出了新的解释。科学家曾经认为，某种蚜虫是它们的邻居蚂蚁的营养来源，蚂蚁会咬掉蚜虫的翅膀不让它们飞走，获取它们最喜欢的食物之一——蚜虫的排泄的含有大量糖分的“蜜露”。但新研究发现，蚂蚁分泌的化学物质能抑制蚜虫翅膀的生长。此外，蚂蚁爬过留下的含有化学物质的“足迹”，也在控制蚜虫种群中扮演着一个重要的角色，它们常常会在蚜虫种群附近留下“足迹”。 数码相机和特别改良的软件测量蚜虫被放在蚂蚁爬过的滤纸上的爬行速度，通过数据显示，蚜虫在蚂蚁爬过的纸上爬行速度比普通白纸慢得多。此外，当研究人员把蚜虫放在枯叶上，蚜虫会本能地走开奔向新鲜树叶寻找食物，但是，研究人员发现，如果蚂蚁在的话，蚜虫离开枯叶的速度减慢了很多。 蚂蚁放养下的蚜虫 为了控制蚜虫种群的数量，让蚜虫种群数量接近蚂蚁自己的数量，为它们提供蜜露，蚂蚁会在自己的足迹中分泌其镇定作用的化学物质，有时蚂蚁甚至还会吃掉一些蚜虫，因此，很明显这样的方法是它们最好的方法，对它们非常有利，能让它们得到新的蜜露，而且捕食容易。 蚂蚁为保护蚜虫免受气候和天敌危害，会把蚜虫从枯萎植物转移到健康植物上，并轻拍蚜虫以得到蚜虫分泌的甜味液体蜜露。 但是，蚂蚁和蚜虫的关系也不是这么简单：蚂蚁饲养蚜虫获得蜜露很显然对它们非常有利，蚂蚁会帮蚜虫打击螵虫和其他想要吃掉蚜虫的敌人，可能蚜虫也将这些有着化学物质的足迹视为蚂蚁保护自己的方式。 蚂蚁喜欢舔蚜虫的排泄物，蚜虫为蚂蚁提供蜜露，蚂蚁帮蚜虫御敌，二者构建互惠共赢的生存联盟。 虽然蚂蚁和蚜虫双方都从相互关系中彼此受益，但是，研究显示，蚂蚁和蚜虫的世界并非总是那么和谐美满，蚜虫受蚂蚁的控制就是它们的劣势，对蚜虫而言，蚂蚁是它们危险的朋友。 植物内含有低浓度的含氮物质用于制造蛋白质。这就使得蚜虫要摄入大量的超过自身体积的汁液才能满足自身的营养需求，而多余的液体就会通过直肠以蜜露（honeydew）排出。由于排出的体积如此之大，有时会“像下雨一般掉落”。蚜虫的蜜露富含糖类，甜度为砂糖的一百五十倍。 因此蚜虫的排泄物，不仅是蚂蚁口中的美味，人类同样喜欢蚜虫的蜜露。