蟲蜂智斗！科學(xué)家揭秘蟲媽如何用“觸覺導(dǎo)航”給娃找安全屋

在自然界的宏大舞臺(tái)上，每一種生命都在為延續(xù)而竭力探索，演化出令人嘆為觀止的生存智慧。對(duì)于東方黏蟲這樣一種常見的農(nóng)田害蟲而言，如何讓自己產(chǎn)下的上千顆卵存活下來，避免被天敵赤眼蜂一網(wǎng)打盡，直接關(guān)乎物種的命運(yùn)。令人驚訝的是，這些看似微不足道的小昆蟲，卻憑借身體上的微小結(jié)構(gòu)和分子層面的精妙設(shè)計(jì)，演繹出一場夾縫求生的“精準(zhǔn)筑巢術(shù)”。

近期，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所王桂榮研究團(tuán)隊(duì)在國際期刊《Cell Reports》發(fā)表論文，系統(tǒng)解析了東方黏蟲雌蛾如何通過觸覺機(jī)制尋找最合適的狹窄縫隙，將卵產(chǎn)于其中，從而有效抵御赤眼蜂的寄生。這一發(fā)現(xiàn)不僅解答了長期以來的科學(xué)謎題，也為綠色農(nóng)業(yè)防控提供了全新思路。

東方黏蟲（Mythimna separata）雌性個(gè)體

（圖片來源：維基百科 Birgit E. Rhode）

從危機(jī)開始的故事

在廣袤的農(nóng)田里，東方黏蟲是農(nóng)民們耳熟能詳?shù)拿帧Ｗ鳛樾←湣⑺尽⒂衩住⒏吡坏燃Z食作物的重要害蟲，它們的暴發(fā)常常意味著大片莊稼的歉收。成年的雌蛾一次能產(chǎn)下成百上千枚卵，這種驚人的繁殖力本該讓它們成為農(nóng)田里的“人口大戶”。然而，生命的另一面是殘酷的——天敵赤眼蜂如同暗夜的獵手，專門盯上了這些蟲卵。

東方黏蟲的幼蟲

（圖片來源：維基百科）

赤眼蜂是昆蟲界的“卵寄生殺手”。它們會(huì)把自己的卵產(chǎn)在別的昆蟲卵里，讓孵化出的幼蟲直接以宿主的卵為食。對(duì)于東方黏蟲來說，如果卵暴露在開闊環(huán)境中，大概率會(huì)被赤眼蜂定位、寄生乃至“團(tuán)滅”。面對(duì)這樣的生死考驗(yàn)，黏蟲媽媽并沒有坐以待斃，而是演化出了一種“筑巢”的奇妙本領(lǐng)：把蟲卵藏進(jìn)狹窄的縫隙中，借助這道物理屏障阻擋赤眼蜂的入侵。

這種行為早在田間觀察中就被發(fā)現(xiàn)過。研究人員注意到，東方黏蟲常常把卵產(chǎn)在葉鞘的夾縫里，或者干枯植物的細(xì)縫中。但究竟它們是如何找到這樣的“安全產(chǎn)房”？這種偏好的感知機(jī)制一直沒有被真正發(fā)掘。

赤眼蜂（Trichogramma dendroliti Matsumura，體長約0.5毫米，隸屬膜翅目小蜂總科赤眼蜂科）的雌性個(gè)體正在將卵產(chǎn)入黏蟲（夜蛾科）卵中

（圖片來源：維基百科）

科學(xué)家的追問：如何定位“產(chǎn)房”？

王桂榮團(tuán)隊(duì)對(duì)此產(chǎn)生了濃厚的興趣。他們想要回答的問題看起來非常簡單：黏蟲雌蛾為什么能夠精準(zhǔn)選擇狹窄縫隙產(chǎn)卵？是什么感知系統(tǒng)在發(fā)揮作用？

研究的突破點(diǎn)出現(xiàn)在一次偶然的觀察。研究人員在養(yǎng)蟲室里發(fā)現(xiàn)，一只雌蛾正不停地用產(chǎn)卵器探測周圍的縫隙，仿佛在用身體“丈量”空間。當(dāng)他們小心地把這只雌蛾放到顯微鏡下時(shí)，一個(gè)細(xì)節(jié)讓人豁然開朗：雌蛾產(chǎn)卵器上密布的鬃毛，正與縫隙的兩側(cè)發(fā)生接觸。難道正是這些微小的鬃毛，幫助雌蛾完成了“縫隙測量”？

于是，一個(gè)新的科學(xué)假設(shè)誕生了：東方黏蟲是否利用產(chǎn)卵器上的鬃毛，通過機(jī)械感知來判斷縫隙的寬度？如果這個(gè)猜測成立，那么昆蟲的產(chǎn)卵行為背后，隱藏的就是一套精密的“觸覺導(dǎo)航系統(tǒng)”。

模擬縫隙實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證科學(xué)猜想

為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列精巧的實(shí)驗(yàn)。首先，他們用折疊紙條制造了不同寬度的縫隙，模擬黏蟲可能遇到的產(chǎn)卵環(huán)境。結(jié)果令人吃驚：雌蛾幾乎把所有卵都產(chǎn)在縫隙里，極少在外部暴露區(qū)域產(chǎn)卵。更關(guān)鍵的是，當(dāng)這些卵被置于赤眼蜂活動(dòng)環(huán)境中時(shí)，產(chǎn)在縫隙里的卵存活率超過95%，而暴露在外的卵則有95%以上被寄生。

接著，研究人員進(jìn)一步用剛性材料制作了從0.1到1.1毫米不等的縫隙，以便精確量化雌蛾的選擇。實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了一個(gè)“黃金閾值”：雌蛾最偏愛寬度約為0.5毫米的狹縫，而對(duì)過寬或過窄的縫隙明顯回避。換句話說，只有達(dá)到這個(gè)“舒適尺寸”，雌蛾才會(huì)把它認(rèn)定為孩子們的安全之家。

鬃毛的秘密

那么，雌蛾是如何感知縫隙有多寬的？答案藏在那一圈不起眼的鬃毛里。研究人員用顯微手術(shù)切除了雌蛾產(chǎn)卵器上的鬃毛，結(jié)果立刻顯現(xiàn)：失去鬃毛的雌蛾顯著喪失了選擇能力，產(chǎn)卵位置變得隨機(jī)。產(chǎn)在縫隙里的卵比例從99.9%驟降到21.0%，絕大多數(shù)卵暴露在外，寄生率飆升近20倍。

由此可以確定，鬃毛正是黏蟲雌蛾感知縫隙寬度的關(guān)鍵感器。當(dāng)鬃毛接觸到縫隙兩側(cè)時(shí)，受到的擠壓強(qiáng)弱就是“信號(hào)”，提示雌蛾縫隙是過窄還是過寬。整個(gè)過程仿佛在進(jìn)行一次微型的“觸覺掃描”，最終幫助昆蟲作出最優(yōu)選擇。

Piezo基因——觸覺信號(hào)的“轉(zhuǎn)換器”

然而，科學(xué)家并沒有止步于行為學(xué)層面的解釋。要真正理解這一現(xiàn)象，還需要探究分子機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)產(chǎn)卵器鬃毛區(qū)域進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序和熒光原位雜交，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一個(gè)名為Piezo的基因在這些鬃毛中高度表達(dá)。

Piezo是一種著名的機(jī)械敏感離子通道，能夠把機(jī)械壓力轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)。所謂“離子通道”，可以把它理解為細(xì)胞膜上微小的“門”，當(dāng)它們打開時(shí)，鈣、鈉等帶電的離子就會(huì)像水流一樣快速涌入或流出細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的電信號(hào)。在神經(jīng)系統(tǒng)中，這樣的電信號(hào)就是信息傳遞的基礎(chǔ)。也就是說，當(dāng)黏蟲的鬃毛受到擠壓時(shí)，Piezo通道感知到這種機(jī)械壓力，立刻觸發(fā)離子流動(dòng)，進(jìn)而觸發(fā)神經(jīng)反應(yīng)，把“這里有個(gè)合適的縫隙”的信息傳遞給雌蛾的大腦。

離子通道示意圖。1 - 通道結(jié)構(gòu)域（通常每個(gè)通道有四個(gè)），2 - 外前庭，3 - 選擇性過濾器，4 - 選擇性過濾器直徑，5 - 磷酸化位點(diǎn)，6 - 細(xì)胞膜。

（圖片來源：維基百科）

為了驗(yàn)證Piezo的作用，研究人員利用基因編輯技術(shù)敲除了Piezo基因。結(jié)果與鬃毛切除實(shí)驗(yàn)如出一轍：突變體黏蟲失去了縫隙識(shí)別能力，產(chǎn)卵位置完全隨機(jī)，卵暴露率和寄生率大幅上升。換句話說，Piezo是雌蛾“精準(zhǔn)筑巢”的分子開關(guān)，沒有它，鬃毛的觸覺信息就無法被神經(jīng)系統(tǒng)正確解讀。

電生理實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步印證了這一點(diǎn)。正常雌蛾在鬃毛被輕微撥動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生快速的神經(jīng)放電反應(yīng)，而Piezo突變體則表現(xiàn)出顯著減弱的反應(yīng)。這意味著，Piezo正是鬃毛感受機(jī)械刺激的核心受體。

東方黏蟲雌蛾通過產(chǎn)卵器周圍的鬃毛來尋找最合適的產(chǎn)卵縫隙

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

生存智慧與生態(tài)意義

從進(jìn)化的角度來看，這種產(chǎn)卵策略極具生存智慧。對(duì)于一次性產(chǎn)卵上千枚的昆蟲媽媽而言，把卵集中在一個(gè)地方固然便于管理，但也極易被天敵“一鍋端”。把卵產(chǎn)在狹窄縫隙中，就像在孩子們周圍筑起了一道堅(jiān)固的“防護(hù)墻”。

更巧妙的是，這種選擇并非盲目的本能，而是經(jīng)過精細(xì)調(diào)控的行為。鬃毛負(fù)責(zé)感知，Piezo負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)導(dǎo)，雌蛾通過一套完整的觸覺通路，確保后代的生存概率最大化。這種策略雖然讓孵化后的幼蟲不得不從干枯的縫隙里爬出來，尋找新的食源，但黏蟲的幼蟲具有極強(qiáng)的饑餓耐受性，足以完成這一艱難的旅程。對(duì)它們來說，犧牲一點(diǎn)初期的便利，換來免遭寄生的生存機(jī)會(huì)，顯然是值得的。

這一研究不僅解答了長期的科學(xué)謎題，也為農(nóng)業(yè)害蟲防控提供了新啟示。傳統(tǒng)農(nóng)藥往往通過化學(xué)毒殺來減少害蟲數(shù)量，卻不可避免地帶來抗藥性與環(huán)境污染。而如果能夠利用RNA干擾等技術(shù)，靶向阻斷Piezo的功能，就能讓雌蛾喪失縫隙識(shí)別能力，被迫在暴露環(huán)境中產(chǎn)卵。此時(shí)，赤眼蜂這樣的天敵就能輕松完成“清場”，實(shí)現(xiàn)綠色防控的目標(biāo)。

跨越時(shí)空的呼應(yīng)：從遠(yuǎn)古海底到現(xiàn)代農(nóng)田

如果將視線拉遠(yuǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這種“保持距離”或“尋找夾縫”的生存智慧，早已在生命史中出現(xiàn)。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的研究團(tuán)隊(duì)曾在貴州發(fā)現(xiàn)距今4.36億年的腕足動(dòng)物Nucleospira calypta的化石。這些古老的海底生物通過一圈細(xì)如發(fā)絲的剛毛，保持彼此之間的“社交距離”，避免進(jìn)食時(shí)互相干擾。它們緩慢移動(dòng)，最終形成了如同棋盤般的空間格局。

今天，黏蟲媽媽在夾縫中產(chǎn)卵，同樣是為了避免天敵的干擾。不同的是，一個(gè)發(fā)生在億萬年前的海底世界，一個(gè)上演在當(dāng)下的農(nóng)田之間。看似完全不相干的生物，卻在進(jìn)化的舞臺(tái)上演繹著相似的智慧：通過身體上的微小結(jié)構(gòu)，去解決生存中的關(guān)鍵難題。

基于化石標(biāo)本復(fù)原的Nucleospira?calypta單個(gè)個(gè)體與其邊緣的剛毛(A)，以及居群生活狀態(tài)生態(tài)復(fù)原圖(B)

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

當(dāng)我們凝視這些小小的卵、微細(xì)的鬃毛和分子水平的受體時(shí)，不禁會(huì)感嘆生命的巧思。黏蟲媽媽雖無自主思考的能力，也不懂得數(shù)學(xué)與工程學(xué)，但她卻能憑借身體的“微型傳感器”，找到那0.5毫米的安全夾縫，為后代筑起一道天然屏障。

科學(xué)家們揭開了這一奧秘，讓我們得以看清昆蟲背后那場看不見的“筑巢戰(zhàn)役”。更重要的是，這些發(fā)現(xiàn)提醒我們：生命的智慧，往往就隱藏在細(xì)微之處。正如4億年前的腕足動(dòng)物用剛毛維持社交距離，今天的黏蟲也在用鬃毛守護(hù)下一代。跨越時(shí)空的相似邏輯，昭示著自然界的普遍法則——即便在最微小的尺度上，生命也在不斷尋找生存的平衡點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Ma, B., Ai, D., Zhang, L., Zhao, H., Wang, J., Liu, X., & Wang, G. (2025). Piezo mediates oviposition in shielding gaps to protect moth eggs from parasitoid wasp. Cell Reports, 44*(8), 116035.

[2] Ancient seabed checkerboard: How setae shaped spatial distributions of Silurian brachiopods. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2025

出品：科普中國

作者：郭菲（煙臺(tái)大學(xué)）

監(jiān)制：中國科普博覽