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红火蚁的“生命之舟” 精选

已有 13639 次阅读 2014-1-28 17:49 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 红火蚁、蚁桥、蚁筏

红火蚁的“生命之舟”

蚂蚁在人们眼中总是一副卑微的形象,对于人类而言“碾死一只蚂蚁”无疑是再简单不过的事情了。没有人会想到小小的蚂蚁还能兴风作浪。直到20世纪30年代红火蚁在美国南部成功“登陆”,人们才开始意识到,卑微的生命竟然蕴藏着如此惊人的力量,一时间,世界各国分分拉响了“红色警报”。

红火蚁 图片来源于网络无任何商业用途

“红色警戒”

红火蚁(Solenopsis invicta)为366种火蚁中的一员,比普通蚂蚁略大,体长3-6 mm。外表上看看不出红火蚁的“蚁品”,行为上才反应出它们的品质。红火蚁有“五凶”:喜攻击、爱咬人、吃种子、蜇动物、钻电箱。大约有2%的人对红火蚁毒液有过敏反应,严重的可导致休克。食性上也不像其他的蚂蚁那样“吃斋念佛”,红火蚁是典型的肉食主义者,这种蚂蚁蜂拥而上可以捕杀昆虫、蠕虫和啮齿类动物,在几个小时之内可以将一只小型动物啃的只剩骨头。

凶悍的捕猎的能力,靠的是庞大的家族和“致命的武器”。一如其他蚁种,红火蚁群居生活,社会分工明确,它们的工蚁和兵蚁全为没有生育能力的雌蚁,蚁后负责生产和孵化蚁卵。在众多红火蚁中,由于在每次生育过程只需要一只雄蚁,因此雄蚁的数量远比雌蚁少。红火蚁为单或多后制群体,后蚁每天可最高产卵800枚(IUCN数据),一个成熟的蚁巢可以达到24万头工蚁,典型蚁巢为8万头,如此庞大的队伍已经足够吓人,但是它们身上的武器才是战斗力的保证。红火蚁尾部带刺,动物被螫伤后毒素(生物碱成分)会进入体内,严重的情况下会致命。红火蚁军团虽然凶狠、剽悍,由于生活在远离人类的南美洲雨林地区,长期以来并没有引起太多的关注。随着世界贸易的发展,人类对雨林的开发以及边检防疫上的疏失,使得这支蚂蚁大军有了可乘之机,渐渐的走上“对外扩张”的道路。

20世纪30年代传入美国,并于2001年及2002年通过货柜及草皮从美国蔓延至澳大利亚、新西兰、中国台湾,继而蔓延至广东省内其他城市及香港、澳门。蚂蚁大军的入侵引起了各国高度重视,一时间成了各国通缉的要犯,世界自然保护联盟、更是将其列为最具有破坏力的入侵生物之一。小小的蚂蚁为何引起人类如此的恐慌?

红火蚁给被入侵地带来严重的生态灾难,是生物多样性保护和农业生产的大敌。不仅如此红火蚁损坏基础设施,可危害供电设备、电信设备和堤坝等。啃咬电线会经常造成电线短路甚至引发小型火灾。截至2012年,在美国南方已有12个州超过1亿公亩的土地被入侵火蚁所占据,对于美国南部这些受侵害地区造成经济上的损失,每年估计约数十亿美元以上。

面对蚂蚁大军的威胁,人们痛定思痛,一方面开始反思自身的行为,另一方面加强对这种蚂蚁的研究。探索中,科学家对于红火蚁的行为不由的震惊,这种蚂蚁竟然可以“逢山开路,遇水架桥”,利用身体的结构、组合度过前进中的一道道难关。

身体构建的桥梁

蚂蚁由于活动能力较弱,往往一道沟、谷,植物间的缝隙或者其他自然的阻碍,就足以阻挡它们前进的道路。对于它们而言想要越过面前的鸿沟,实属不易。不可思议的是,红火蚁有时会利用自己的身体搭建桥梁,以此来帮助它们穿越路途上的阻碍。

蚁桥  图片来源于网络无任何商业用途

更为神奇的是,遇到“风浪”的时候它们还可以修补“桥梁”的漏洞,不断的加固桥梁。研究者在野外发现,当风或水流摇动它的根基(树叶或茎)的时候,“蚁桥”出现摇晃,蚂蚁开始紧密排在一起,将自己和周围“邻居”之间的距离收缩的更加紧密,以此来缩短桥梁,让桥梁更加牢固。

科学家们,对着看似简单的“补救”方案,充满了好奇。他们决定收集了野生的红火蚁来验证,“蚁桥”如何应对震动的情况?

他们发现蚂蚁自然地聚集在一起,并且可以像拉口香糖一样形成一道的桥梁。将它们搭建的生物桥悬在两个漏斗的两端,然后对两个漏斗进行不同频率摇晃,目的是看看蚂蚁如何应对,而不使自己掉下来。他们观察到当两旁的漏斗以低于20/秒的速率振动时,“蚁桥”一切如常,没有发生什么变化。随后加快振动的频率,期待中的场景出现了,更激烈的晃动引起蚂蚁更积极的行动。为了确保“蚁桥”的稳固,蚂蚁腿与腿之间的连接自发的紧密联系起来,不断缩短它们之间的距离,振动越发剧烈,“蚁桥”就越短,也越牢固。红火蚁是通过拉动“它们”的手臂(腿)来改变桥的特性,通过这种方式,桥可以“支持更多的重量”。

此外,振动的过程中,他们还发现,蚂蚁个体在“蚁桥”乱窜,不断的向桥的起点和终点聚集,以此来抑制振动的效果。当“蚁桥”上有小孔或薄弱点出现时,附近的蚂蚁会将身体连接在一起来进行修补。整个过程完全自发形成,并没有看到有专门的蚂蚁的领导指挥,它们依靠什么来发现桥中的漏洞,值得进一步探讨?

的从某种意义上讲,蚂蚁就相当于一个非常有活力的建筑材料。传奇还在继续,表演才刚刚开始,大灾、大难面前,才是它们生命的舞台。

筑成生命之舟

作为热带雨林地区的原始住民,红火蚁要经常和周期性的大型洪水打交道,这要求它们时刻收拾包袱,随时准备离开。红火蚁的生存能力令人震惊。咄咄逼人的进攻,能够承受洪水、火灾以人类杀虫剂的危害,还能用身体搭建桥梁越过自然的阻碍。不过,最为震惊的时刻,还要等到洪水的来临。

生命之舟 图片来源于网络无任何商业用途

每逢洪灾,成千上万的红火蚁紧紧的将身体连在一起形成一个筏子,在水中漂起帮它们运到安全的地方,有时需要漂荡好几个月。为了解开其中的奥妙,科学家们再次将红火蚁请进了实验室。

为了弄清楚这些蚂蚁筏是如何工作的。研究者将2群红火蚁丢到水中,倾入水中后红火蚁迅速散开成薄饼状筏子,而后这些蚂蚁快速爬过对方,握住它们同胞的腿或爪,形成交织模式类似于防水面料。他们统计单位尺寸的筏子上蚂蚁的数量,并且测量蚂蚁行走的速度。此外还将蚂蚁筏冻结在液态氮中,以此来获取它们的结构。为了测量蚂蚁筏是否牢固,他们需要测量蚂蚁间的握力。研究人员首先将一个活蚂蚁粘到载玻片的底部,然后用带弹性的小圈套住第二只蚂蚁的腰部,慢慢的让两只蚂蚁接近,直到第一蚂蚁用它的爪子抓住了悬空的第二蚂蚁。研究人员通过拉动弹性腰带测试蚂蚁的握力。结果令人吃惊,整个“蚁筏”形成的抓力是如此强烈,相当于一个人在楼顶上将6头大象提起所用的力。神奇的“蚁筏”产生不可思议的力量!此时,想必会有很多人对于蚂蚁的牺牲奉献精神由衷的感叹,下层的蚂蚁用生命来捍卫种群的存活,如果这么想的话,就太低估它们了。

研究人员发现,水下面的蚂蚁支持着上面的蚂蚁,但是它们并没有被淹死,因为围绕着它们的身体和“蚁筏”里有许多被困住的气泡可以供蚂蚁呼吸。令人难以置信的是,在水下一定深度,蚂蚁团捕获的空气泡要比同一规模单个蚂蚁捕获的大得多。

有感于卑微的力量,人类终于开始放下架子,向动物学习智慧。这项研究对于更好的了解蚂蚁是如何形成生物结构来应对环境变化的挑战是重要的一步。“蚁桥”的建设和修补是以一个完全自组的方式进行的,蚂蚁构造的规则给从事自组装机器人和自修复材料工作的人员带来了极大的灵感。而“蚁筏”又给人类指导工程人员设计自组装船和防水材料提供了灵感。不过作为这项研究的直接影响:人们能会因为红火蚁可以轻松浮动而更加胆寒!

参考文献

Bridges That Breathe.Science News vol 343 January 2014. http://scim.ag/-ant

Mlot N J, Tovey C A, Hu DL. Fire ants self-assemble into waterproof rafts to survive floods[J].Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(19): 7669-7673.

薛大勇, 李红梅, 韩红香, . 红火蚁在中国的分布区预测[J]. 昆虫知识, 2005, 42(1): 57-60.

曾玲, 陆永跃, 何晓芳, . 入侵中国大陆的红火蚁的鉴定及发生为害调查[J]. 昆虫知识, 2005, 42(2): 144-148.




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