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红火蚁是怎样用自己身体搭建救生艇的

来源:环球科学 2016-01-19 15:03

肆虐美国南部的入侵物种红火蚁有着惊人的生存能力。

红火蚁的典型防御姿态。图片来源:Alex Wild

假如你也和我一样住在美国南部,那你恐怕不会对“入侵红火蚁(red imported fire ant)”感到陌生。要是你还被它蜇过,那恐怕就是印象深刻了!这小家伙简直就是一团行走的蜇针啊。但是,你真的了解入侵红火蚁吗?

即便你也住在美国南部,恐怕你也不会知道入侵红火蚁可以变得如行尸走肉一般——它们会在洪水来临时用彼此的身体搭成一架救生艇,使整个蚁群得以漂至安全地带。这只是红火蚁众多生存技能当中的一种而已,也同样是这些令人惊异的生存技能让红火蚁得以强势入侵美国南部以及其他地区。

据推测:通过“蚁体救生艇”横穿格兰德河可能是入侵红火蚁侵入墨西哥北部的途径。

一些科研报告表明:红火蚁彼此搭造的“救生艇”可浮于水面数周。也就是说,如果您家的前院不幸成了红火蚁的地盘,光靠水淹可是没用的了。同样,无论在蚁窝上倒多少桶水,也冲不走这些“钉子户”。

那么,这些“救生艇”是如何搭造的,入侵红火蚁又为什么如此擅长搭这种“救生艇”呢?其实在2009年之前,科学家同样对此知之甚少。直到那年,《昆虫科学期刊》(Journal of Insect Science)将一项有关“蚁体救生艇”形成原理与因素的研究公布于世,情况才有所好转。这些研究人员来自路易斯安那州立大学(Louisiana State University),其中一位还是我的好友,来自路易斯安那州立大学的Linda Hooper-Bui博士。(近期,她也在支援我的Experiment.com项目,本人谨以此文向她表达谢意!)

为了给“蚁体救生艇”的形成、结构和持续时间等信息建立基准数据,研究者们进行了数组实验。在实验中,蚁群会被整体淹没以刺激“蚁体救生艇”搭造行为的产生。

路易斯安那州立大学位于路易斯安那州巴吞鲁日南城。所研究的入侵红火蚁群采集于该大学附近的田野。研究者们将红火蚁置于塑料容器中,并在容器内部涂以特氟龙(Teflon,商标名。译注:又名聚四氟乙烯,这种材料的产品一般统称作"不粘涂层")(想想不粘锅)与滑石粉(想想婴儿爽身粉)。如此,红火蚁便插翅难逃。不得不说这真是一个天才的捕蚁手段啊!

在受控环境中,研究者们向蚁群样本中注水。在注水前,研究者们对蚁群中红火蚁幼体(brood,包括幼虫larvae和蛹pupae)的各种状态,包括它们的存在情况、数量以及年龄状况等相关信息进行了记录。

当研究者们观察到多层工蚁彼此堆叠,并且绝大多数的红火蚁可在水中自由漂浮而不依附在容器上时,就会认定“蚁体救生艇”已经形成。在实验中,蚁群不可从水中逃离。任何成功逃离实验区域的蚁群都会从数据集中删除。维持时间低于12小时的“蚁体救生艇”被视为搭造失败。

研究者们使用颜料为蚁群中不同群体的工蚁做了标记,以此方式来检测“救生艇”中红火蚁的移动(或循环运动)。研究者们每隔数小时便对标记过的红火蚁进行清点,并将“救生艇”翻转过来,继续清点。之后,研究者们将“救生艇”冷冻,并将其分解,以进行显微镜观察和摄影记录。通过显微镜观察,研究者们得以检查诸多细节,如气泡是如何在水下的工蚁与幼虫身上形成的、这些气泡是否会增强“救生艇”的浮力、如何增强等等。

最后,研究者们会对“救生艇”的维持时间进行检查,并研究 “艇”中蚂蚁不同年龄阶段(比如幼体)的构成情况是如何影响“救生艇”的持续时间的。

关于“蚁体救生艇”的形成,研究者们有何发现?

首先,蚁群会在某个时刻将多余的红火蚁“扔”出“艇”外。最先被扔入水中淹死的就是雄蚁,它们长有翅膀,具有繁殖能力。“国王”的待遇也不过如此啊。无翅的蚁后则会被它的臣民们保护在“救生艇”的中央。工蚁会将低龄幼虫和卵衔于下颚来保护它们,除了这些低龄幼虫和卵之外,所有的蚂蚁幼体都会被置于“救生艇”的最底层。

在本次研究中,针对“救生艇”结构的实验显示:“蚁体救生艇”是动态结构,“救生艇”底层和顶层的工蚁会来回轮换,原因可是为了避免溺毙。入侵红火蚁主要通过勾缠彼此后腿的方式来搭造“救生艇”,如同一组尼龙搭扣。让人不禁感叹:团结就是力量!

在未受干扰的实验室测试中,“蚁体救生艇”可浮于水中达12天。“救生艇”中火蚁幼体越多,其维持时间越长。尤其值得注意的是,大龄幼虫体外的弯曲刚毛似乎能够捕捉水中气泡,并以此帮助“救生艇”浮于水面。

在蚁群浸入水中后,气泡会在幼体和工蚁所构成的“救生艇”底层积聚,并附于蚁体周围,直到浮力将整架“救生艇”从已被浸没的容器底中抬起。之后,整个“救生艇”会像电梯一样抬升至水面,连带底层的工蚁一同突破水的表面张力。

总而言之,幼体和气泡是帮助入侵红火蚁群在洪水来临时成功搭造“救生艇”的关键。

知道了入侵红火蚁搭造“救生艇”原理后,我们又该如何应用呢?对于这种特殊的侵略性物种来说,知晓它们“救生艇”的悬浮原理可能会帮助我们控制此类蚂蚁的种群数量。正如研究者们指出的:如果在已知的洪泛期(比如美国的飓风季节)内进行红火蚁害防治的话,防治可能会变得卓有成效。因为“蚁体救生艇”搭造的成功与否很大程度上取决于蚁群中大龄幼虫的数量,在洪泛期进行防治,大龄幼虫数量更少,“救生艇”便不太可能奏效。并且,研究者们还认为肥皂可能会发挥功用。因为肥皂可以帮助减少红火蚁幼虫体表刚毛上所附集的气泡的数量。(生物谷Bioon.com)

 

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