[科普中国]-远看为蛇，近看是蛾，一个“不动蛇头”引发的物种演化思考

大千世界，万物博生。如果说动物是这世间跃动的星，那么种群庞大却微小纤弱的昆虫就是这颗星上最绚丽的光斑。人们常说“大千世界无奇不有”，奇人奇事、奇花奇草，当然还有奇石和奇虫。大自然中，除了王朝环蝴蝶蛹酷似蛇头，还有一种生物能模拟出可怕的蛇头，而且这个“蛇头”还会动！当春夏的阳光将空气暖热，一种十分罕见的巨大“蝴蝶”悄悄然走进了人们的视野。见过的人无一不为之惊叹，“好大的蝴蝶，好凶的蝶翼！”其实这种“蝴蝶” 属于蛾类，学名为乌桕（jiù）大蚕蛾，俗名皇蛾，是世界上最大的蛾类，翅展可达180-210毫米。它最大的奇特之处在于两前翅翅尖部位酷似蛇头的彩色斑纹。可以想象，当它若隐若现地停落在林叶花丛之中时，这对蛇头似的前翅足以将捕食者吓退。不知您是否好奇，这对儿蛇头似的蝶翼究竟是怎么长来的。想要弄清这个问题，就不得不不先来说说昆虫们的拟态。生物拟态——乌桕大蚕蛾的傍身之技!英国自然学家Bates在1862年第一次提出了拟态理论，用以解释南美大陆一些隶属于不同科的蝴蝶外形极其相似的现象。也是从这一时期起，昆虫拟态逐渐成为了一个新的研究方向。拟态，即一种生物模拟另一种生物或环境中的其他物体从而获得好处的现象。数量庞大的昆虫在一代又一代的生命轮回中，逐渐成为了拥有拟态能力物种中的佼佼者。譬如我们今天要说的主角——乌桕大蚕蛾。别看乌桕大蚕蛾个头很大，但它的一生却十分短暂。从成卵到死亡只有大概两三个月的时间，而在这期间最脆弱的时期即不是幼虫，也不是蛹，而是成虫。雌虫将细小的生命产在树叶背后或是枝条下方，待到大约两个星期以后，卵内的幼虫就会破壳而出，而这时的它看似柔弱，却是一生中最无忧的时候，也是胃口最好的时候。造物主为它们披上了一层可以将自己隐没在林叶间的绿色环纹，而它背上还生有肌质角刺。虽然防御能力并不强，也不具有攻击型，但靠着绿色的外衣，它可以无忧无虑地游走在林叶之中，每天藏在喜欢的嫩叶间开心地吃吃吃。当它长到大概11.5厘米长的时候，吃货之旅也进入了尾声。它们会精心为自己打造一个长得像干树叶似的的茧，然后用一根细丝将之固定在树枝或落叶间。因为这个时候它们只能睡在自己的小窝里，所以尽可能的伪装是造物主唯一能帮助它们的事情了。大概睡了一个月后，它们就开始陆续破茧，展开美丽的双翼，翩然起舞了。也许您会说，有了翅膀可以自由飞翔的它们，此时才应该是最强大的时期。然而事实却是，这个时候的它们，在为下一代不停奔波的同时，也失去了进食的能力。它们的口部器官会在成虫后脱落，也因此再无法进食，维系生命的能量只剩下幼虫时期积累在体内的脂肪。虽然很饿，但它们实在太忙了。在其它蝶类游刃有余地进化出美丽翅膀的时候，它们选择了更加务实的拟态装饰。巨大的蝶翼很难轻巧地掩藏在林叶之间，于是，它们用蛇头似的花纹将自己伪装成了凶猛的捕食者。这样一来，它们就可以倾尽所有去为下一代忙碌了。蝶翅轻舞，它们为了种族的繁衍不停地寻找着意中人，寻找着孩子们能够安全落脚的地方，在大概一两个星期后便燃尽了所有，生命绚烂的礼花也在这一刻落下帷幕，而新生的小乌桕大蚕蛾也会在不久的将来，再次破茧而出，漫舞花间。蛇头花纹缘何而起？随机突变造就多彩性状大自然究竟是如何造就了如此奇妙的物种？ 1859年，英国的著名生物学家达尔文出版了震惊世界的《物种起源》一书，在这本书中，他详细地论述了“自然选择”理论，从过度繁殖、生存竞争、遗传变异和适者生存这几方面为人们展现了一条神奇的生命进化之路。在这里我们也找到了昆虫拟态的缘由，物竞天择，纵然没有力量去对抗天敌，弱小的昆虫们选择了伪装自己，迷惑敌人，为自己在生命进化之路上博得了一席之地。常见的拟态可以分为广义拟态，包括警戒色、隐蔽和狭义拟态，狭义拟态则专指行为拟态。现有的化石证据表明，昆虫警戒色最早可追溯到距今约3.55亿年前的石炭纪时代。隐蔽拟态也可追溯到古生代，多为深色或为浅色（或透明体色）上点缀深色斑点，用以在环境中隐蔽身形。部分原直翅目昆虫的前翅上已经出现了最原始的眼斑。眼斑拟态被认为是昼行性昆虫的一种很重要的反捕食策略，因为对于脊椎动物来讲，眼对眼的对视具有很强的威慑力。直至今日，眼斑仍是昆虫尤其是鳞翅目的蝶类、蛾类们的重要自我防护措施。但对于乌桕大蚕蛾来说，它们既没有选择隐蔽拟态，也没有选择震慑性的眼斑拟态，而是拟态了蛇类。这又是何样的契机造成的呢？也许您会说，巨大的体型使得他们很容易成为鸟儿、蜥蜴、蛙类的猎物，可能是瞧见了吓走鸟儿的毒蛇，又或许是目睹了生吞青蛙的小蟒，于是它们尝试用蛇头花纹来帮助自己躲避天敌。但事实上，这种蛇头状的拟态极大可能是随机突变经由一代代的自然选择固定下来的。我们都知道，蝴蝶和蛾类等鳞翅目昆虫的翅膀是由细小的鳞片紧密排列而成，而这种鳞片是特化后的刚毛，扁平而富含色素，一片蝶翼上可附着上百万枚这样的彩色鳞片。控制它们排列出各种图案的便是基因。对于个体来讲，虽然所有细胞都有一套相同的基因组，但在细胞间相互传递和反馈信息、并根据反馈结果选择性地进行表达这一过程中，一点细微的变化就足以产生不同的结果。正所谓世上没有两片完全相同的树叶，基因的选择性表达导致了同一物种内个体间的差异。对于鳞翅目的昆虫来说，便是不同的花纹。日本Takao K Suzuki等学者从形态学的角度对枯叶蝶枯叶状拟态的演化进行了研究。他们认为枯叶蝶的拟态是具有随机性的，而非目的性的朝向叶片而进化。论文中的这张图为我们展现了同一地区不同蛱蝶翅膀花纹的演化之路。从中我们可以看到，这些蛱蝶的翅膀图案其实是很相似的（研究者对每只蝴蝶的右侧翅膀进行了区域划分），它们从同一祖先慢慢演化出了各自的形态，形成了不同的族群，而枯叶蝶只是其中一个族群中的一个种。蛇头花纹因何而定？自然选择保留有利性状和枯叶蝶一样，乌桕大蚕蛾也有着自己庞大的族谱。在最初，它的祖先们选择了各种各样的花纹来保护自己。然而自然的选择对基因来说是十分敏锐的，因为基因层面的细小变化足以引起花纹图案层面的显著变化，这同时大幅度提高了自然选择的进程。最著名的例子便是英国的桦尺蠖[huò]。19世纪前，桦尺蠖将自己拟态为桦树皮状的灰白色以逃避天敌捕食，但随着工业革命的发展，煤烟污染日益严重。英国出现了大片被煤灰染色的桦树，灰白色的桦尺蠖再也无法将自己掩藏在环境之中，大量被鸟类捕食。而突变为黑色的桦尺蠖却因此获得了一线生机，从1848年人类第一次记录到黑色桦尺蠖之后的不到1个世纪，黑色成为了它们的主流色。实验表明，单独将白色桦尺蠖放入黑暗环境并不会造成桦尺蠖后代变黑。只有在加入黑色桦尺蠖并不断杀死白色个体后才能在若干代后让黑色成为种群的主流色。Arjen E. van’t Hof等学者从基因角度对两种颜色的桦尺蠖进行了研究，结果表明造成这一切的正是一段被插入的重复基因序列。而这种情况在所有真核生物的基因组中都会频繁发生。这也进一步说明了随机突变和自然选择或是真正造成种群拟态变化的主因。进化论并非标准答案，多重因素产生神奇拟态也许您会问，生物拟态如此之多，如果只依靠随机突变和自然选择来解释这些“机缘巧合”，会不会太牵强了？就如常见的蛾子、竹节虫、蚂蚱，拟态在昆虫界可以说是无处不在，无虫不用，这么普遍的技能，大自然真的可以全部帮他们筛选完成吗？的确，达尔文的“自然选择”理论为我们打开了进化论的大门。但随着科学技术的不断发展，生物演化方面的相关研究也在不断深入。众多学者已证实，“物竞天择”很可能只是大自然法则的一部分。在学术界百家争鸣的今天，关于物种的形成出现了很多新的推测，随着更多化石的发现、基因研究成果的发表，人类也渐渐触及到了大自然的神秘面纱。现在，更多的人倾向于基因变异和对外界的应激反应、个体的生存方式与个体间相互作用，种间相互作用等因素的共同作用导致了最终的物种演化。漫漫时间长河，各种各样的即存因素、偶然因素都会影响物种的变化，而物种的变化也会反过来作用于环境、作用于其他种群，而在这之后产生的变化可能又会影响到该物种。生命不息，时间无止物种进化一直是科学界重点研究的课题，人类也时常幻想未来自己的模样？如果以2000万年为时间段，如果人类那时还在地球生存，会长成什么样子呢？近日，几位日本的科学家在接受媒体采访的时候，提出了他们猜想的未来人类的模样，着实让我们大吃一惊。科学推论认为2000万年后的人类已经适应了宇宙各个角落的生活。在这样的情况下，人类将不需要更进一步的演化，人体会变得越来越圆润，最终形成这样的球形。球形的身体，重心很稳定，因此不需要太长的腿。不过，我们需要更强的抓地力，所以脚趾会变长……未来的事情还没有发生，我们无法确定这种推测就是错误的。从科学的角度来说，我们不能仅仅因为滑稽就否认这种猜测。对于生物的起源、演化，您又是是怎么看的呢？参考文献1. 同翅目古蝉科多点马氏古蝉化石Wang Y, Ren D, 2006. Middle Jurassic pseudocossus fossils from DaoHugou, inner Mongolia in China (Homoptera, pAlaeontinidae). Acta Zootaxonomica Sinica, 31(2): 289-293.2. 脉翅目多脉丽褐蛉翅化石Ren D, Oswald JD, 2002. A new genus of kalligrammatid lacewings from the Middle Jurassic of China (Neuroptera: Kalligrammatidae). Acta Zootaronomica Sinica, 21: 461-480.3. 蝴蝶Suzuki T K , Tomita S , Sezutsu H . Gradual and contingent evolutionary emergence of leaf mimicry in butterfly wing patterns[J]. BMC Evolutionary Biology, 2014, 14(1):229.4. 基因Arjen E. van’t Hof, Campagne P , Rigden D J , et al. The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element[J]. Nature.Nadeau N J , Pardo-Diaz C , Whibley A , et al. The gene cortex controls mimicry and crypsis in butterflies and moths[J]. Nature, 2016, 534(7605):106-110.5. 拟态介绍：真问真答：进化论如何解释生物的拟态｜大象公会https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NzQwNjcyMQ==&mid=2651007034&idx=2&sn=e9085b6203e95c5c7993b8338d2edd32&chksm=bd2df9548a5a704298e75b7883160be812a46286a87e36f4dccbc37260ba280ba649d5e0810f&scene=4作者：宋秦平 名古屋大学环境学院博士二年级审稿：陆修远 大阪大学免疫前沿研究所助理教授编辑：王波文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”