昆虫再寒冷冬天如何取暖?翅膀是它们的“加热器”
发布日期:2019-11-28 访问次数: 信息来源: 字号:[ ]

       据国外媒体报道,几亿年以来,昆虫成功渗透到地球的每个角落,拥有坚硬的外骨骼保护自己免遭掠食者和环境污染的危害。但当冬季来临,昆虫无法使用羊毛编织小毛毯,它们在冬季如何保暖呢?

  冷与热

  人类是恒温动物,也被称为温血动物,人体恒温系统可以控制他们的体温保持在37摄氏度不变,人体已进化形成几种机制来保持热量,并在必要的时候排出体外,出汗、起鸡皮疙瘩、颤抖都是人类身体试图保持最佳温度的方式,其他哺乳动物也有相应的策略,例如:长着厚密皮毛,不停地喘气。

  与恒温动物不同,变温动物通常被称为冷血动物,其中包括爬行动物和两栖动物,他们的体温随着周围温度而波动,这就是为什么蛇和短吻鳄是“铁杆日光浴者”,在这两类分类中,昆虫属于哪一类呢?

  昆虫的奇妙之处在于它们的多样性,昆虫是由身体两侧对称多肢体构成,身体分为几段,从某种意义上讲,昆虫是“终极雪花”——其形态、行为和适应性有着惊人多样性,因此,昆虫并不完全属于温血动物或者冷血动物的范畴,这是有道理的。

  传统上认为昆虫是变温动物,的确如此,但并不完全这样,有些昆虫比其他昆虫更易受外界温度的影响。事实上昆虫分为恒温和变温动物两类,变温动物是指体温可以依据周围环境温度进行调节的昆虫。恒温动物有能力调节身体内部温度,尤其是某些身体部位,对某些身体部位的选择性加热或者冷却称为(区域)异质性,像黄蜂、蜜蜂、飞蛾、蝴蝶和甲虫,它们都是恒温动物。

  翅膀——不仅仅是用于飞行的。

  想象一下,你是一只昆虫,你的手臂是类似蝙蝠或者鸟的翅膀,你必须在高速飞行时挥动手臂,这无疑是一项非常艰苦的工作,需要消耗大量的热量,为了产生飞行所需的所有能量,昆虫必须拥有快速代谢率,但我们体内代谢反应并不总是高效的。

  这些反应在控制翅膀的肌肉中产生能量,形成大量的热量和能量,昆虫降温的一种方式就是通过飞行,飞行增加了血淋巴循环,血淋巴是昆虫体内的一种液体,类似于人体血液,它将热量散发至全身各处,来自昆虫胸部的热量,也就是翅膀所在的位置,被传递至腹部,腹部的热量通过蒸发将逐渐流失。

  这样,昆虫腹部就像一个散热器,冷的时候可以“储存”热量,太热的时候就像一个热量分配器。昆虫在寒冷的条件下会消耗多余的热量,低温并不适合飞行,因为在低温条件下,飞行所需的新陈代谢反应不够快。

  为了克服这一点,昆虫会进行一些“热身运动”,用力地前后拍打翅膀,该行为类似于颤抖,目的是在不飞行时产生取暖的热量,如果身体暖和准备起飞时,它们会在起飞前几分钟将“引擎”加速。

  徒劳的取暖方式

  颤抖并不是昆虫唯一的取暖方式,科学家通过几项研究发现,当蜜蜂试图暖和身体时,会出现一个能量“无效循环”,该过程是没有取暖效果的,它是两个相反路径的两个相反步骤——糖酵解(分解葡萄糖)和糖异生(制造葡萄糖)。

  果糖6-磷酸(F6P)在糖酵解过程中通过磷酸果糖激酶(PFK)转化为果糖1,6-二磷酸(F1,6P),在糖异生过程中,果糖1,6-二磷酸酶(FbPase)能够转化为两种分子,第一个反应使用了ATP分子,但是第二个反应并未形成任何ATP分子。

  糖酵解和糖异生之间的无效循环

  ATP分子是细胞的“能量货币”,细胞通过分解ATP分子产生能量,拥有更多的ATP分子意味着能够产生更多的热量,细胞将必须“加班工作”,为了获得能量,必须维持充足的ATP分子供应。

  在正常情况下,糖酵解和糖异生两个反应不会同时发生,细胞要么进行糖酵解,要么进行糖异生;然而一些蜜蜂有能力启动这个循环产生热量,但这是一项自相矛盾的研究,结果显示一些蜜蜂不具备这样的能量循环。

  昆虫拥有温度感受器

  为了利用以上奇特的方法控制体温,昆虫必须首先感知外界环境是温暖还是寒冷,它们通过触角上一组感受器来完成这一过程,这些感受器被称为“瞬时感受器电位通道(TRP通道)”。

  这些感受器对周围温度变化非常敏感,并将信息传递给昆虫的神经系统,这些神经系统通过科学家正在探索研究的机制,进行必要的身体改变。

  研究表明,阻断某些受体会导致昆虫体温降低(低于正常体温水平),而阻断TRP通道会使昆虫体温升高(高于正常体温水平)。

  有趣的是,TRP通道在昆虫进化历程中被保存下来,这意味着人类和昆虫DNA存在某些相同基因或者通过指令检测体温。进化科学家对昆虫基因如何沿着进化高速公路的改变,并在进化路径上形成分叉,通过这些微小变化,进化生物学家可以评估这些变化发生的时间。

  总而言之,即使昆虫拥有类似人类的基因能够感知温度变化,它们也不需要像人类一样在寒冬穿厚衣服取暖、在夏季穿单薄凉爽衣服降温,因为它们的体形很小。(叶倾城)

桃江县科学技术协会主办
地址:湖南省益阳市桃江县党政大楼7楼
电话:0737-8218177
备案号:湘ICP备08109451号
Produced By 大汉网络 大汉版通发布系统