令人瞠目结舌的白蚁世界

2008年7月的一天,在美国亚利桑那州图森市,两辆开往墓碑镇的汽车上坐着几名科学家。他们带了500个塑料袋、1个干冰保温瓶和350个冷冻瓶(大小形状和铅笔头差不多)。他们准备用两天的时间收集1万只白蚁,并对其肠道内的微生物基因進行测序。

白蚁以啃啮木头而闻名,对于想要尝试将木头和草转化为生物燃料(“草料油”)的科学家来说,研究白蚁基因是一个很有前景的科研项目。来自美国能源部的两名遗传学家希望通过观察白蚁如伺分解木头,来探索将木头和草料转化为生物燃料的新途径。

搭载科学家的汽车在靠近墨西哥边境的科罗拉多国家森林处停了下来。科学家们掀起地上的一块石头,看到一些白蚁正在向一些小隧道爬去。于是,他们趴在地上用抽吸器收集了大约25只白蚁,放进了与抽吸器相连的试管里。

科学家正在考察蚁丘。圆圆无眼的脑袋、粗壮的脖子,水滴形的身体,白蚁长得与蚂蚁完全不一样。

这些呈苍白色的小小白蚁很脆弱,当研究人员拿起一只白蚁时,它无助地轻轻挣扎着,脑袋上细细的触角轻轻地晃悠。透过白蚁短粗的半透明的身体,几乎可以看到里面盘绕的内脏——大概还有它的午餐残余。白蚁没有蚂蚁那模特样的苗条腰肢,实际上白蚁与蚂蚁或蜜蜂并没有什么亲缘关系,它圆圆无眼的脑袋、粗壮的脖子,还有水滴形的身体,长得与蚂蚁完全不一样。

被研究人员收集的这25只白蚁,离开了蚁群它们什么也做不了:它们没有觅食的理由,找来食物也没处送;没有兵蚁,它们无法保护自己;没有蚁后,它们无法繁殖。区区25只白蚁在蚁群的生生死死和后代繁衍过程中微不足道,发挥不了什么作用。此刻,25只白蚁紧紧抱在一起,脑袋和肢体纠缠一起,甚至分辨不了单只白蚁,它们看起来就像一个整体,而不是一群个体。

在美国,这些爱吃木头的家伙每年要吃掉价值相当于15亿~200亿美元的房产。白蚁确实给人类带来了巨大的损失。

从害虫到昆虫世界的明星

白蚁通过分解世界的一部分来创造它们的新世界,它们是动物世界中出色的建筑师。没有人喜欢白蚁,因为它们常常给建筑物造成破坏,而同为社会性昆虫的蚂蚁和蜜蜂等,因其严谨的社会组织、节俭和勤劳的形象而受到人类的赞赏。父母们会给孩子穿上印有可爱小蜜蜂图案的服装,蚂蚁还成了电影和电子游戏中的明星,而白蚁充其量只不过是灭虫广告中以粗糙漫画形象出场的害虫而已,白蚁的研究也因得不到重视而几乎处于停滞状态。在2000-2013年发表的6000多篇有关白蚁的论文中,约50%都是关于如何杀死它们的。

每一个白蚁故事几乎都在“控诉”白蚁犯下的“罪行”。在美国,这些爱吃木头的家伙们每年要吃掉价值相当于15亿-200亿美元的房产,就它们的行为和造成的损失而言,白蚁确实是给人类带来巨大危害的破坏分子。事实上,白蚁爱吃的不仅仅是木头,它们还会吃任何含纤维素的东西。它们发现钱(纸币)也是很美味的。2011年闯入印度一家银行的一群白蚁“盗贼”吃掉了1000万卢比的钞票(相当于120万人民币);2013年又有白蚁“窃贼”吃掉了广东一名女子藏在一个木质抽屉中包在塑料里的40万元人民币。

就重量而言,白蚁是人类的10倍。有白蚁专家称,每60千克的人类,就有相对应的600千克白蚁。我们生活在以人类自己命名的时代——“人类世”,但白蚁统治着泥土。如果白蚁、蚂蚁和蜜蜂相继罢工,那么世界上最重要的河流将淤塞,海洋将变得有毒……这些小小生物对于地球生态的重要性可谓举足轻重。

在科学家们此次的白蚁采集之旅结束时,被装在塑料桶和塑料袋里的白蚁已有8000只,它们将被贴上标签并储存在干冰里,然后送去基因测序。被冷冻在真空瓶里的白蚁将会“永生”:成为某个服务器上某个数据库中的一组基因代码、某项知识产权,或成为有朝一日可能解决某个棘手问题的核苷酸序列。

世界各地的科学家都在努力寻找生物学的基本规律,并加以利用。他们通过生物体的基因、行为、代谢和生态系统来寻找这些规律,以新的方式来看待自然和环境,同时也在试图重新创造自然,并让自然更好地为我们服务。在未来,我们将利用和驾驭自然界中最小的生命形式——微生物和昆虫的组织和控制系统,以及它们的基因和化学能力。这符合我们看似矛盾的愿望:在对地球自然进程拥有更大控制权的同时,在地球上留下更少的碳足迹。

这个白蚁研究项目的核心目标是将生物学发展为一门预测科学。这是一项具有挑战性的梦想,就像物理学从观察重力等基本物理现象开始,然后发展起了深奥的原子物理学一样。白蚁,将会成为21世纪昆虫世界的明星。

2013年有白蚁“窃贼”吃掉了广东一名女子藏在一个木质抽屉中包在塑料里的40万元人民币。

新蟻群的诞生、繁殖与生存

一个雨天的夜晚,在原有的白蚁居处边上的裂缝里,钻出了一些体形较大的有翅繁殖蚁,它们抖擞着黏糊糊的翅膀,慢慢地飞了起来。在美国加利福尼亚北部,有白蚁筑巢的一些建筑物里,突然飞出来的是一种散白蚁;在南美地区,从树上巢穴中如阵雨般落下的是一种象白蚁;在美国新奥尔良,从地面上的蚁群中冒出来成群结队飞到空中的是台湾乳白蚁,其密集程度在天气雷达上都能看到;在纳米比亚,巨大的大白蚁丘上会出现一些裂缝,从两侧裂缝中如泡沫般“溢”出来的是有翅大白蚁。

蚁丘里的大多数白蚁都没有眼睛,也没有翅膀,但在这个不同寻常的夜晚,离开蚁丘的繁殖蚁都有眼睛,还有一开始看起来半透明呈泪滴状的单翼,当它们起飞的时候,这片仍然柔软湿润的“单翼”,在不停地扇动中展开成四翼。这些白蚁被称为“有翅蚁”,尽管它们的翅膀还很弱,但足以为它们提供落地之前的短暂巡航。

互相看对眼的雄白蚁和雌白蚁会快速跑去挖个洞穴,然后两只白蚁独自待在这个黑暗的洞穴里准备交配繁殖。研究发现,这对白蚁父母会事先咬掉它们的触角末端,以便能更加专心致志地抚育后代。因为触角会给白蚁提供大量感官信息,被咬掉末端部分可减少外部感官刺激,让它们更安心地一直与多达几百万的孩子待在这个小小的洞穴里。

蚁后在产下第一批卵后,要经常为这些卯清除掉有害的真菌,直到这些卯在大约三周后成功9呼化,然后蜕皮生长和发育。但在蚁后信息素的影响下,它们中的大多数都不会完全成熟,只会永远是“未成年”——没有眼睛也没有翅膀的工蚁和兵蚁。

白蚁的几种自然形态。

雄性和雌性白蚁都会花时间收集食物,照料产下的卯,将巢穴筑得更深,并去除巢穴里的真菌。随着更多的卵孵化出来,这个新诞生的白蚁家族越来越壮大,其中一些白蚁会成为兵蚁。兵蚁脑袋更大,皮肤颜色更深也更坚硬,其皮肤颜色的深浅和坚硬程度取决于不同的白蚁物种。兵蚁由其工蚁兄弟姐妹喂养,作为回报,兵蚁会给工蚁提供有助于抵抗疾病的抗菌分泌物。

在洞穴里安心繁殖后代的蚁后腹部渐渐鼓了起来,大到像人的拇指大小,但它的头部、胸部和腿部仍然细小,这让它的整个身体看起来就像一段用细绳捆绑起来的柔软香肠。由于身体太过嘲中,它除了摆动腿部和头部外。几乎不活动。蚁后每三秒钟左右就会产下一枚卵,蚁王一直陪伴在蚁后身边,孩子们(工蚁)为它舔掉皮肤上的液体,喂它吃东西,照顾它产下的一枚枚卯。这至少是大白蚁属蚁后的生活方式。大白蚁是在非洲和东南亚地区发现的一种白蚁,它们通常在巨大的真菌群落周围筑巢。

如今已经发现并命名的白蚁至少有3000种。不同种类的白蚁,其食性也各不相同。大多数种类的白蚁都以木头为食,但也有吃草的白蚁,甚至还有吃泥土的白蚁。与大多数其他白蚁不同,大白蚁通常以真菌为食。所有的白蚁都共同生活在一个自己的庞大的白蚁群落中。

蚁丘剖面图。

奇妙的“超有机体”

南非作家尤金·玛莱斯花了多年时间仔细观察白蚁蚁丘,并在1937年出版了《白蚁之魂》一书。玛莱斯在书中将白蚁的蚁丘称为“复合动物”——一个由数百万工蚁、兵蚁、体形臃肿的蚁后和蚁王与构成蚁丘本身的泥土结构融为一体的庞大的“复合动物”。在他的描述中,蚁丘外层压得实实的土层就像是这个复合动物的“皮肤”;白蚁在蚁丘内部建造了复杂的通道,让蚁丘内部空气流通,就像一个让复合动物能够呼吸的“肺”一样;蚁丘地下的一种共生真菌就是这种复合生物的“胃”,它消化的是白蚁送来的草料;蚁丘周围数百条提供食物的隧道就是这个复合生物的“嘴”;无繁殖能力的工蚁负责这些隧道的建筑并运送营养物质,它们就像机体内的“血细胞”;而负责安全和守卫的兵蚁就像机体中的“免疫系统”,在有外敌入侵时冲上前去保护整个机体。

在玛莱斯的描述中,蚁后并不是什么维多利亚女王,而只是一个被囚禁在臃肿身体里的卵巢。玛莱斯设想,最终这个蚁丘会进化成一个可以穿越草原的生物,一个由土壤和生命体混合而成的怪物。这一说法并不新颖,事实上许多科学家已经开始将这种由白蚁、蜜蜂或蚂蚁组成的社会结构称为“超有机体”。“超有机体”一词由昆虫学家威廉·惠勒首创,他是美国蚂蚁研究的奠基人,在1911年发表了一篇名为《作为有机体的蚂蚁群落》的文章。

“超有机体”一词曾风靡一时。这个概念的提出很好地解决了达尔文的“社会性昆虫问题”。达尔文进化论提出,自然选择作用于个体,只有最适合于生存的个体才拥有与其他个体繁殖的能力。但像白蚁这样的社会性昆虫的问题在于,虽然单只白蚁是个体,但它们并不都拥有这样的繁殖功能,只有蚁群中的蚁后和蚁王才有。那么,对于白蚁这样的群体性生物来说,“个体”是什么?惠勒提出,只有将整个白蚁群体看成为一个“超个体”,才能由它的成员共同组成一个“维持其平衡的完整生命体”。

将整个白蚁群体看成为一个“超个体”,而由它的成员共同组成一个“维持其平衡的完整生命体”。

20世纪20年代末到30年代初,“超有机体”所指的范围得到了进一步拓展。例如,生物学家开始将森林当作一个超有机体来研究,而不只是研究个体的树木。到了1931年,“超有机体”的概念悄然进入了流行文化.英国作家奥尔德斯·赫胥黎在《美丽新世界》一书中将人类看作分为五个等级的“社会性昆虫”。惠勒提出了“营养交换”的观念,这是他为昆虫反刍和分享食物方式发明的一个词。他认为,营养交换是昆虫和人类社会的超级黏合剂,也是经济学的基础。但即使在这个超有机体概念最为盛行的时候,玛莱斯仍然是唯一断言蚁丘有灵魂的人。

在纳米比亚,美国生物学家斯科特·特纳花了几十年时间研究白蚁如何建造蚁丘,以及它们为什么要建造蚁丘。通过数年的实验特纳发现:白蚁蚁丘的工作原理有点像肺,利用空气流动的原理相互连通。空气通过多孔泥土“皮肤”上的进出两个系统来回流通,就像肺在呼吸一样。特纳猜测,白蚁本身在通道中的移动也是空气循环的一种方式,就像移动的肺泡。这是对白蚁蚁丘“呼吸系统”的一种全新见解。蚁丘并不是一个简单的空气流通结构,而是一个在不断变化中的复杂装置——由泥土和白蚁共同操纵气流的一种“呼吸系统”。

白蚁们建造一个约3米高的蚁丘耍花一年时间,但以它们微小的体形而言,这个蚁丘工程就相当于人类建造的帝国大厦;白蚁建造的5米蚁丘,相当于人类建造的高828米的世界第一高楼——位于迪拜的哈利法塔(原名迪拜塔)。但与人类建筑不同的是,白蚁没有专门的建筑师,也没有专业的结构工程师,这些没有思考能力的小生物创造的奇迹令人凉叹!不过,这种只凭直觉的设计理念不可能适用于人类。以迪拜塔的建造为例,该建筑耗时6年,并投入了大批专业人员、先进设备和7500名建筑工人。工程师们正在与科学家合作,希望可以从蚁丘的隧道建筑能力以及它们小小大脑的强大群体思维才能中获得启示,用于火星等远离地球环境中的建筑物的设计和建造。

正在修复巢穴的白蚁。

在一次实验中,特纳用挖掘机轰隆一声撞在蚁丘顶上,蚁丘被撞得四分五裂,白蚁开始四散逃窜。逃窜的蚁群一开始像一张薄纱网,很快形成一条条小溪流。不到10分钟,这些溪流就变成了昆虫奔跑的河流。随着白蚁世界秩序的恢复,可以看到隐藏在蚁丘内精心设计的隧道、空间和共生菌类。这一场面令人瞠目结舌。

蚁丘顶部有宽阔的垂直隧道,隧道内部非常平滑,就像一根松散的辫子一样,一个个缆索状的圆柱彼此交错,穿进穿出。白蚁的工蚁没有眼睛,但它们会用触须来感受隧道的光滑度。在较大的隧道里,它们会清除所有影响隧道光滑度的杂物,甚至还可能通过听觉来感知隧道的形状。

白蚁常被比作建筑师,但实际上这是一种误导。它们没有什么设计“规划”,也没有全局视野,它们真正拥有的是一种与生俱来的对周围事物的敏锐感知。在一开始发现蚁丘顶部遭到破坏时,顶上的隧道里只有寥寥几只白蚁。蚁丘顶部被破开后,大量新鲜空气涌入,等于启动了报警系统。一些白蚁从洞里跑出来,呼唤它們的兄弟姐妹们一起出来帮忙修理,于是成千上万的工蚁凭着对新鲜空气的感知找到被破开的洞,每个白蚁嘴里都叼着一团土。

把土丘下的泥土清理干净后,就露出了蚁丘内部的水平通道、隧道和洞穴系统。

在蚁丘被袭发生几分钟后,成群结队的白蚁在蚁丘破碎处—侧四处搜索,疯狂地来回移动。但它们忙而不乱,可以看到每只白蚁都会将自己嘴里的那团泥球吐出来,放在之前白蚁留下的泥球上,一边晃动着脑袋,将泥球牢牢粘住,然后后退,给下一只白蚁让位。某个破损处开始补上2个泥球,然后迅速增加到20个、200个,2000个……修复的速度极陕,让人看得眼花缭乱,最后这处泥堆边缘与其他泥堆连接起来,形成凹凸不平的土墙。

一旦这个被破坏的区域被用泥墙堵住,来自外部新鲜空气的信号就会停止,白蚁接下来会用更多的泥球填满蚁丘的内部空间,形成海绵状的分层,然后要么将它完全封闭起来,要么挖空再重新改造。

当研究人员把土丘下的泥土清理干净后,就露出了蚁丘内部的水平通道、隧道和洞穴系统。这让人想起游轮的侧视图,从舞厅、自助餐厅到VIP舱室和舵手铺位,一应俱全。小隔间按照严格的功能和地位等级排列,当然,白蚁社会的等级制度与金钱无关,而是取决于它们赖以生存的一些东西:繁殖、育幼和食物供应等。有些小室很大,有拱形的顶部、墙壁和地板。仔细看去可以发现,与其说它们像是房间,不如说是纵横交错的觅食通道的交汇点,就像火车站的大广场。这片区域的深处有一个小空间,蚁王和

与白蚁共生的真菌

在蚁丘的下面是正在消化草料的真菌,所有的白蚁都会利用细菌和其他微生物的共生群落来消化纤维素,但是大白蚁将主要的工作“外包”给了真菌。从某种意义上说,真菌菌圃就像是白蚁蚁丘的一个巨胃,这种真菌已经与大白蚁共生共存了3000多年。

大白蚁与真菌之间有着十分紧密的共生关系。工蚁负责为真菌提供干草,繁殖出的大量真菌最后成为白蚁的食物。大白蚁和真菌之间既有相互依赖的关系,也有敌对竞争的关系。真菌有时会故意欺骗白蚁。在美国和日本的白蚁聚居地,有一种侵入性真菌会伪装成白蚁的卯,甚至还能够分泌出白蚁专门用来识别白蚁卯的化学溶菌酶。

认为白蚁生命等级高于真菌的等级观念是一种偏见,人们之前一直倾向于相信是白蚁在控制着真菌,但其实真菌群落比白蚁要强大得多。无论是在体积上还是在产生的能量上,据特纳估计,一个蚁丘里真菌的代谢率大约是白蚁的8倍。或有可能是真菌利用了白蚁,甚至有可能是真菌发出的某种化学气味刺激了白蚁去辛勤地建造蚁丘。

有科学家认为,蚁后和它的孩子以及它的子民建造的蚁丘都被真菌利用了。但最为惊人的是蚁后的繁殖能力,在长达20年的时间里蚁后可以产下数百万个卵(这只是一个推测数字)。一些种类的白蚁蚁后还可单性生殖克隆自己产卵,这些卯长大后只带有母亲的染色体。

既然如此,为什么还将它称为蚁后呢?早期的欧洲博物学家在观察蜜蜂的蜂箱和白蚁的蚁丘时,发现蜂群或蚁群的社会结构与他们所在的君主制国家非常相像,有工蚁、兵蚁、蚁王和蚁后。但有科学家认为这是一种误导,它让我们无法真正理解白蚁的行为。将社会性昆虫拟人化的巨大危险在于掩盖了它们真正的昆虫特性。

所有的白蚁都会利用细菌和其<ins 他微生物的共生群落来消化纤维素。据估计。一个蚁丘里真菌的代谢率大约是白蚁的8倍。或有可能是真菌利用了白蚁。科学界将白蚁蚁群比喻为一个巨大的爬行大脑,白蚁个体就是这个爬行大脑中的一个个神经元。

20世纪七八十年代,蚂蚁科学家黛博拉对美国西南部的大规模蚁群开展了研究。科学家们之前将蚁群描述为“一个拥有流水线工人的工厂,每一个工人都在反复执行同一项任务”。但黛博拉觉得工厂模式蒙蔽了她在蚁群中实际看到的东西。她发现,蚂蚁并没有明确的任务分配,而是根据它们所处的环境,以及从彼此身上获得信息的线索来实时改变它们的行为。她认为,我们不应该将蚂蚁看作是工厂的工人,而不妨将它们看作是“大脑神经元的放电模式”。在这种模式下,简单的环境信息为它们提供了行为模式的线索,让蚁群个体在没有中央调控的情况下为整体工作。

因此,如今科学界将白蚁蚁群比喻为一个巨大的爬行大脑,白蚁个体就是这个爬行大脑中的一个个神经元。早在20世纪30年代,有人写了一本关于人类如何理解白蚁的书,书中写道:白蚁是一种昆虫。一种生物体.一个巨大的灵魂,一种构成地面景观的力量。以这样的视角来看白蚁,将改变我们对世界、对科学、对未来和对我们人类自己的看法。

木蚁白蚁

木蚁與白蚁

木蚁和白蚁同为两种对人类居家及建筑物损毁较重的昆虫。

从科学的角度来看,木蚁能够帮助分解腐烂的树木,在生态系统中扮演着重要的角色。但另一方面,木蚁也可能会潜入家中或其他建筑物中,在潮湿和腐烂的木材中筑巢,严重损坏物体结构。

一般来说,木蚁呈黑色或棕黑色,身体可分成三节与六足,有着弯曲的触须。白蚁则有着笔直的触须及浅色的身体,

一群木蚁通常顺着直线移动。它们不吃木材,但是会在里边挖洞筑巢。书桌、橱柜等木制家具很可能成为它们的目标。木蚁在木材里挖的“走道”很平滑,就像用砂纸磨的面一样,但被其破坏过的木材不会像被白蚁破坏的那样有含泥类物质。当木蚁挖巢时,其产生的木材碎片就像粗糙的锯木屑一样。如果家中有木蚁入侵,很可能会在木制家具或屋梁旁发现木屑堆。

和木蚁相比,白蚁的危害性更大。在所有可能窜入你家里的昆虫、啮齿动物与其他害虫中,再没有比白蚁更危险的生物了。这些小小的昆虫可凭一己之力在短短几年之内就可以摧毁掉整座房屋的地基。更可怕的是,在白蚁入侵后的头五年,它们带来的初期破坏大多令人难以察觉,因此待人们察觉时往往已经太迟了。

在我国,白蚁广泛分布于北纬40°以南地区,云南是我国白蚁分布最多的省份,有126种。其中,黄翅大白蚁、黑翅土白蚁会降低甘蔗等经济作物和农作物的产量,木鼻白蚁、原白蚁则会毁坏树木,家白蚁、散白蚁等会损害建筑,土白蚁、大白蚁等甚至会使“千里之堤溃于蚁穴”。不过,从整体来看,90%以上的白蚁对人类及生态系统并不构成危害。相反,这些小小的社会性昆虫对加速有机物分解、促进物质循环、净化地表、改善土壤结构和增加土壤肥力等都起着重要作用,是自然界重要的一员。

(编译黄岚)

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:16。
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