看书上说,昆虫都是跳高的能手。突然间想到一个问题,像跳蚤之所以能跳这么高,是因为有腿发力的缘故,那有没有什么昆虫是不用腿就能跳起来的吗?


不用腿就可以跳起来的虫子,我之前介绍过一个:叩甲(Elateridae,Click beetle)。这是一种仰面朝天的时候,通过背部弯曲及和关节「锁闩」,就可以轻松跳起来翻身的虫子。详细可以看下面:

为何昆虫不慎仰面朝天时若不及时翻身可能马上死亡??

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但今天想跟大家介绍一个不一样的,不需要用脚,但是也能跳起来的虫子。

昆虫的成虫都有6条足,而对于部分完全变态发育的昆虫而言,它们的幼虫(larva)大多都是矮胖的蛆虫状,它们不像成虫一样有灵活的六肢,只有一些短胖的前足和腹足,靠著蠕动状来爬行。

地中海实蝇(Ceratitis capitata)幼虫(图片来源:参考文献 [2])

但你能想像这种矮胖的蛆虫也能跳起来?

最常见的像是果蝇的幼虫,相信应该有一些同学是见过的。早在1992年的时候就有一篇《Nature》的文章报道了果蝇幼虫弹跳的过程,而且据测量,果蝇幼虫的弹跳起始速度甚至达到了1.17 m/s(相比跳蚤是1.98 m/s,叩甲是2.4 m/s)[1]。上图所示就是这种幼虫的样子[2]

地中海实蝇(Ceratitis capitata)幼虫弹跳的过程(图片来源:参考文献 [1])

但是具体来说,这些蛆虫到底是通过一个什么结构来弹跳的呢?

最近,科学家通过高速摄像的方式,并通过扫描电镜观察,揭示了这些小蠕虫到底是怎么实现起跳的。

研究者们利用的是一种瘿蚊科(Cecidomyiidae)花椒瘿蚊属(Asphondylia sp.)虫子的幼虫,它们弹跳的过程如下图所示[3]

瘿蚊幼虫起跳的过程(图片来源:参考文献 [3])

首先是上面的A图,这是环状形成的过程:这时身体的一端会固定在地上,然后弯曲自身形成一个环状;与此同时,另一端,也就是头部这一段会沿著地面滑动,直至尾端的尖部和头端腹侧接触上,形成一个「闩锁」结构。

B图是环状收缩的过程:可以看到幼虫利用柔软的身体,开始变形、压缩、扭曲。这一部的作用在于使得体内的体液得到加压,可以储存弹性能量。

C图、D图当起跳的时候,「闩锁」被释放,而此时身体的尾端充当了一个「短暂的腿部结构」,用以施压地面,并向上推动虫体的头端,使幼虫在空中沿著抛物线发射、旋转。

这一个发射过程,幼虫最高可跳跃12.1厘米的高度,是其体长的36倍,起跳的速度约为0.97 m/s,而发射的功率密度平均达到了910 W/kg(最大甚至达到了2420 W/kg)。

尽管说它们没有腿也没有坚硬的外骨骼,但是这样的「起跳成绩」可以说一点不逊色于跳蚤和叩甲。甚至它们的质量比功率输出,也已经超过了脊椎动物飞行肌肉的已知能力(例如说400 W/kg),要知道驱动这一过程的是弹性机制,而非依靠肌肉动力。

瘿蚊幼虫起跳过程中的「闩锁」结构(图片来源:参考文献 [3])

至于说关键的「闩锁结构」,显微照片显示,在头部腹侧和尾部上都有一块微米级别的指状突起区域,这些绒毛状突起可能会集体黏在一起形成「闩锁」

感兴趣的还可以看看这个视频[4](放心,没有特别令人受不了的画面,只是一条不断弹跳的虫子...)

昆虫幼虫是如何实现无腿弹跳的

参考

  1. ^Maitland D P. Locomotion by jumping in the Mediterranean fruit-fly larva Ceratitis capitata[J]. Nature, 1992, 355(6356): 159. https://www.nature.com/articles/355159a0
  2. ^Thomas M C, Heppner J B, Woodruff R E, et al. Mediterranean Fruit Fly, Ceratitis capitata (Wiedemann)(Insecta: Diptera: Tephritidae)[J]. Fla Depart Agr Cons Serv, DPI. Entomol Cir, 2001.
  3. ^Farley G M, Wise M J, Harrison J S, et al. Adhesive latching and legless leaping in small, worm-like insect larvae[J]. Journal of Experimental Biology, 2019, 222(15): jeb201129. https://jeb.biologists.org/content/222/15/jeb201129
  4. ^Youtube: How some maggots jump without legs | Science News https://www.youtube.com/watch?time_continue=21v=XT-E1uXPQms


你听说过这类神奇的生物吗?

反向跳空气运动员·擅长以头抢地的 跳虫/Springtail/Collembola

先来看一段小视频吧

BBCs Life in the Undergrowth

这些小家伙就是跳虫

看清楚它们怎么跳了吗?没看清也没关系,我来给你们细细讲讲跳虫这类我最喜欢的小动物

人在天地之间,总是显得有些渺小的。

莎士比亚在《哈姆雷特》里,曾说过「天地之大,远比你所能梦想到的还要更多」;而在《赤壁赋》里,苏轼也曾用「寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟」来感慨自己的渺小。

不过人类虽然渺小,但这世界上大多生物比人类体型更小。甚至在其中一些超小的动物眼中,微风细雨便是狂风大浪,草地土坡便是崇山峻岭,而站立的人类,便是一眼望不到头的苍天巨人。

我们今天的主角——跳虫(Collembola),便是这样一种小小的生物。

图:小菊花花瓣上的小小跳虫 摄影师:julian smart

名为「跳虫」不是虫

虽然跳虫的名字中带著「虫」,长相也像虫,然而它并不是昆虫。

所有跳虫都有六条腿,并且有著比较明显的头、胸、腹分节,从这个角度来看,它们确实符合我们对昆虫的认知。然而相较昆虫纲的昆虫,跳虫并没有明显的外口器,它们的嘴巴,或者说咀嚼式的口器,是陷在头内部的,在外面根本看不到。

图:跳虫有六条腿和一对触角 摄影师:Stevie Smith

在过往的很长时间里,跳虫确实都被认为是「最原始的昆虫」,而被划入昆虫纲下的弹尾目中。然而基于现有的分子证据与形态学研究,跳虫现在被独立出来,拥有自己专属的纲——内口纲。

内口纲与昆虫纲同属六足总纲,两者确有差异,但彼此的亲缘关系还是非常近的。

图:小小的跳虫并没有明显的嘴巴 摄影师:Ed Phillips

冲天而起的保命技

跳虫之所以名为「跳虫」,自然是因为它会跳。

和同样以「跳」闻名的跳蚤和蚱蜢不一样,跳虫并不是用发达的大腿进行弹跳的。跳虫的第四腹节有一种特化的器官,名为「弹尾器」,看起来就像是一根带分叉的小树枝。

图:体视镜下的跳虫,尾部带分叉的就是弹尾器 摄影师:犬君

平时不使用的时候,弹尾器会被一个「支持带」固定在腹部,看起来就像是被压缩的弹簧,一旦遇到危险,支持带就会松开,失去束缚的弹尾器会猛击地面,然后借助反弹的力量,将整只跳虫旋转著高高抛起。

这个原理,与我们平时玩的蹦床比较类似。

图:一旦遇到危险,跳虫就会腾空而起 摄影师:Andrew Robertson

微观世界里的「宠物小精灵」

跳虫的体型很小,通常体长不超过6毫米,其中一些体型较小的种类,体长甚至可以在1毫米以下,即使是最大跳虫,体长也不超过2厘米。然而跳虫虽小,五彩斑斓。

跳虫可以被分为三大类:原跳虫、长角跳虫和圆跳虫。三类跳虫的形态各有不同,然而相同的是,它们全都体色多变,多姿多彩,非常具有观赏性。放在体视镜下看的话,简直就是现实世界里微观版的「宠物小精灵」。

图:各种各样的跳虫 摄影师:AJ Cann

原跳虫是跳虫中最原始的一个类群,它们体型圆钝,接近椭圆形,腿短,触角也短,整体看起来就像是肉呼呼的橡皮软糖,有著好玩的呆萌感。

原跳虫的弹尾器通常不发达,大多数时候它们也不会跳,只会老老实实地趴在地上。

图:橡皮软糖般的原跳虫 摄影师:Jesus Tizon

长角跳虫则是三类跳虫中最常见,也是平均体型最大的一个类群。

长角跳虫身材苗条,身体长,腿长,触角也长,有著与原跳虫截然不同的灵动气质。与此同时,长角跳虫的弹尾器非常发达,虽然在没有危险的时候,以爬行为主,但一旦遇到危险,长角跳虫可以轻松腾空而起,逃出生天。这也使得想要捕捉长角跳虫的难度大大提升。

图:长著长触角的长角跳虫 摄影师:AJ Cann

圆跳虫则是三类跳虫中平均体型最小的一个类群,很多时候,体长可以在1毫米以下,看起来就像是落叶上细细小小的灰尘。

而在体视镜下,圆跳虫则「虫如其名」,有著圆滚滚的身体,再加上它的脑袋较之身体小,很多时候看起来,就像是一个个颜色各异的小圆球。

图:身体圆鼓鼓的圆跳虫 摄影师:patrick bibby

这些跳虫的体型都很小,大多时候,容易被人忽视。不过一旦放大了看,它们的美貌又常能让人惊叹。

潮湿阴暗处的小精灵

跳虫的眼睛不发达,它们一般复眼退化,只有8或8以下的小眼,通常只具备感光功能。

这是因为它们通常居住于土壤、落叶堆、水面、苔藓丛、雪面上、树上,及很深的土壤缝隙中,各种隐秘而「见不得光」的场所,所以并不需要发达的眼睛辅助它们生存。

图:跳虫只有退化的眼点 摄影师:Ronald Beer

虽然跳虫的生存不需要光,但另一样元素却必不可少——水分。

跳虫是靠皮肤呼吸的,它们的皮肤有著带孔的角质层,必须保持湿润,才能进行充分的气体交换。如果环境太过干燥,跳虫很快会因脱水而死,因此跳虫必须生活在潮湿的环境中。

除了弹尾器外,跳虫还有一类特有的器官——黏管。黏管位于腹部第一节的腹面,看起来就像是一个开口的小管子,可以用来保持水分平衡。

图:体视镜下的跳虫,腹部那个鼓起来的小管就是黏管 摄影师:犬君

它们以腐烂的植物材料、真菌、细菌、腐肉等为生,是自然界里的分解者、食腐者。它们参与分解枯枝落叶,促进生态系统的能量循环。虽然单个个体的体型很小,但是整体的数量非常惊人。

它们是世界上数量最多的「宏观动物」,并以群居为主,在一些地方,种群密度可以达到惊人的每平米十万只。

图:群居的原跳虫 摄影师:Maurice

即使单个个体体型小,能力也有限,以亿计的个体聚集在一起,同样能发挥巨大的力量。跳虫还能携带真菌的孢子,辅助真菌与细菌的传播,对于维护土壤环境有重要的作用。

只要有落叶土壤的地方,基本都能找到跳虫的身影。只是大部分情况下,它们因为体型太小,存在感低,不引人注意罢了。

图:腐木上的原跳虫 摄影师:Roman Willi

它们无处不在,甚至在地下1980米深的地方,都能找到它们活跃的身影——在乔治亚一个洞穴地下1980米深的地方,有一种穴居跳虫,这种跳虫是至今为止,地球上发现的栖息地位于地表以下最深处的宏观动物!

图:地表以下最深处的宏观动物 摄影师:Enrique Baquero

特殊的生命周期

跳虫的主要繁殖方式是孤雌生殖,属於单性繁殖的一种,雌性不需要雄性,便可自行繁殖。

跳虫存在「表变态」现象,刚出生的幼体和成体没什么差别,就是体型较小;而到了成虫期,依旧可以反复蜕皮,继续生长。

跳虫独特之处在于,昆虫蜕皮后是越长越大,而跳虫蜕皮后可以变小。如果温度过高,不利于生存,跳虫可以通过蜕皮,减少最多30%的体型,以适应环境。

图:跳虫成年后也可以继续蜕皮 摄影师:Shane Jones

跳虫就像是电脑的后台程序,虽然平时你可能从未注意到它,它却在暗地里默默维持著「地球online」这个大型软体的稳定运行。

而它们五彩斑斓的身体,也是常人难以注意到的,自然界里一抹隐藏著的亮色。

?犬君拌汪酱 原文刊载于《金色少年》,非请勿取

欢迎关注…不是,请务必关注这条从事生态行业的小说狗?犬君拌汪酱!

谢谢!


有的哇,我来佐证

比较恶心,不建议观看

视频链接在此:

https://b23.tv/av64525191?

b23.tv


跳虫

已有的三个回答已经说的很明白了,但是这个问题让我想起了我小时候被吓了一跳的经历。

跳虫的英文名还是很生动形象的,Click beetle。为什么叫这个,因为它跳的时候,有很响亮的

「啪!」

的一声。我清楚地记得小时候在院子里土地上看到一个灰蓝色的小圆石头,扁扁的,亮亮的像抛过光,仿佛埋在土里只露出了一个顶部的小宝石那样,格外显眼。正当年少无知的我伸手要去捡,满心欢喜以为看到了宝贝,说时迟那时快突然就听到很清脆的「啪」的一声,这块小石头就跳到了我脸上。它弹起来的过程我看的很真切,仿佛慢动作一样,身子一弯折,一下就弹了起来。原来它并不是一块石头而是一个扁平的「物体」,身子弯的样子很像女孩子用的黑色发卡弯著的角度,就这样:

身体形状也类似。一个几岁的孩子,正要捡的小石头突然跳起来,还伴随著清脆响亮的一声「pia」,这种惊吓是让这个孩子始料未及的,更何况,它还跳到了脸上。

我就记得我的心脏在半秒之内一下仿佛沉到了脚底,开始疯狂甩头,慌乱之中也不太知道它具体落在哪了,只是王八拳抽自己脸,神经病一样的跑了。这么多年过去了我仍然记忆犹新,这个问题,让我一下有了答案。只是我记得我小时候,没看到虫子的头,不然才不会去捡。


没人说杨潜叶跳象吗?

拉丁名:Rhynchaenus empopulifolis Chen

鞘翅目象甲科跳象属,一种杨树上为害叶部的害虫,主要分布在中国北方地区。成虫在叶缘咬一卵室,将卵产于其中,每个卵室一粒卵。幼虫孵化后潜叶取食叶肉,近老熟时叶肉组织坏死,圆形潜斑沿叶片病健交界处脱离,连同叶片上下表皮形成一个「圆饼」掉落到底面准备化蛹。

幼虫在圆饼内将身体弯曲,然后突然伸开,借助骨化的前胸弹跳上升,圆饼可以弹跳3~4cm的高度。这种弹跳能力与幼虫结构有关,幼虫头部头顶正中有一突起,似破茧器, 下唇下方基部也有一个骨化的圆突 起, 当身体向腹面弯曲时该突起与前胸腹板骨化部份磨擦 力加大, 故可以弹跳。

当它把自己弹跳到掩体下,比如石头下后就稳定不动了。


与此类似的还有墨西哥跳豆和加利福尼亚跳蚤蛋(Gall of Cynips)。前者是一种卷叶蛾科的幼虫(Carpocapsa saltitans)钻进了一种叫做Sebastiana Pavoniana的矮灌木的种子里。

后者是一种瘿蜂幼虫寄生在谷橡木、蓝栎和俄勒冈州栎的叶片上。

由于不是国内种,资料不多,详见苏澄宇的回答。


参考文献:

  1. 杨跳象形态及生物学特性. 刘士儒. 山东林业科技. 1984.04期
  2. 杨潜叶跳象生物学特性及防治. 刘伟杰等. 吉林林业科技. 2003.03期
  3. 百度词条 - 墨西哥跳豆


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