科学松鼠会 » 红色皇后 http://songshuhui.net 剥开科学的坚果,让科学流行起来 Sat, 17 Nov 2018 22:26:49 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=4.3.17 http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg » 红色皇后 http://songshuhui.net 32 32 番茄炒蛋,最初争的可能不是甜咸,而是生熟 http://songshuhui.net/archives/102807 http://songshuhui.net/archives/102807#comments Mon, 12 Nov 2018 22:14:56 +0000 http://songshuhui.net/?p=102807

本文来自微信公众号“物种日历”,未经许可不得进行商业转载

有一种蔬菜现在广受人们的喜爱,然而在它刚出现的时候却因为口味奇怪而不受人们待见。从“有毒”的奇怪蔬菜到“包治百病”的灵药,它就是我们今天日历的主角——番茄Solanum lycopersicum

番茄的谷氨酸含量在蔬菜里名列前茅,这赋予了它独特的鲜味,再加上恰到好处的糖和酸,色彩诱人又具抗氧化功能的番茄红素,番茄如同在枝头包装好的天然健康汤料。可生可熟,可汤可酱,可火锅可腌渍,可拌饭可煮面,番茄简直是妙不可言。

诱人的番茄。图片:pixabay

诱人的番茄。图片:pixabay

凭借多样的做法和美味的口感,番茄成为世界产量排名第二的蔬菜,仅次于兼职主粮的土豆。不管是在世界的哪一个角落,在有人类居住的大多数地方,几个番茄和几个鸡蛋总不难找到,随时可以为游子炮制出一盘美味。番茄的国际主义精神,不知抚慰了多少中国人的胃。

没有人能拒绝番茄炒蛋。图片:Wikipedia

没有人能拒绝番茄炒蛋。图片:Wikipedia

美国和中国的番茄产量,在世界上分别位居第一和第二。很难想象,在世界的两端,番茄的接受史都是坎坷又崎岖的,有人厌恶它,有人崇拜它,有人认为它是至圣灵丹,也有人斥之为一堆烂糊。

“有毒”又难吃

番茄起源于南美,中美洲的墨西哥则是最早驯化番茄的地区。意大利植物学家马蒂欧尼(Pierro Andrea Matthioli)是欧洲最早用文字记述番茄的人,他明确记录到这种植物是可以吃的。

在很长一段时间内,西方国家对番茄的态度,比中国人对香菜的态度还要爱憎分明,其中不少人怀疑番茄有毒。这种怀疑不是毫无道理的,未成熟的青番茄中含有少量生物碱,食用可能会引起不适。

未成熟的番茄还是不吃为妙。图片:pixabay

未成熟的番茄还是不吃为妙。图片:pixabay

还有一些美国人对番茄的厌恶出于更加实际的原因——口味。1836年的《佛罗里达农艺家》登载了编辑威尔考克斯(S. D . Wilcox)的一篇文章,他用番茄做了一个不加糖和其他调味料的派,并且在品尝后深恶痛绝地表示,只有傻瓜和不切实际的人才会相信番茄能被美国人接受。从吃法上来看,他会得出这个结论也不奇怪。

一种由番茄为主料的饼。图片:midwestliving.com

一种由番茄为主料的饼。图片:midwestliving.com

《伦敦观察家》在1814年登出了一篇文章,记者在威斯康辛州惊讶地发现那里人人都吃番茄。于是他皱着眉头试吃了一个,觉得味道就跟放酸了的牛奶一样,差点把早饭给吐出来。这至少说明一件事,番茄的风味在蔬菜里是比较特殊的,如果吃不惯它的味道,再好的番茄也发挥不出优势。

更要命的是,番茄植株和它的茄科亲戚们太像了,不少茄科植物对人类都是剧毒,比如著名的曼陀罗(Datura stramonium)和风茄(Mandrake spp.,奇幻作品中“曼德拉草”的原型)。

风茄的根被认为类似人形,因此有曼德拉草出土后会哭泣的说法。图片:pixabay

风茄的根被认为类似人形,因此有曼德拉草出土后会哭泣的说法。图片:pixabay

与“番茄有毒”观点形成鲜明对比的,是对番茄“药效”的崇拜。1834年,医生约翰·班内特(John Cook Bennett)写了一篇文章,宣称番茄对消化系统最为有益,能治疗消化不良、胆囊疾病,还能预防霍乱。“番茄有益健康”的观点很快传遍了美国。一个叫迈尔斯(Archibald Miles)的人在1837年推出了一种药丸,号称是从番茄中萃取出的精华。根据他的宣传,这种药从通便到治疗风湿症,简直是无所不能。

第一个吃番茄的人

在美国也存在对番茄的恐惧。前美国总统杰斐逊的外孙,托马斯·伦道夫提到在他外公杰斐逊小时候,番茄都是种来观赏的,不许小孩碰,怕吃了中毒。杰斐逊对农学颇有兴趣,亲自种过也吃过番茄,一些美国的民间传说,甚至把他誉为美国第一个吃番茄的人。

关于美国第一个吃番茄的“先驱者”,还有另一个更著名的传说:在1820年,一个叫罗伯特·约翰逊(Robert Gibbon Johnson)的人在新泽西州的塞勒姆当众表演吃番茄。观众们大为震惊,以为他会被毒死。现在塞勒姆每年都有活动,重演“吃下美国第一个番茄”的场面,以此纪念约翰逊。

约翰逊的画像。图片:wikipedia

约翰逊的画像。图片:wikipedia

中看不中吃

在《中华小当家》的漫画里,刘昴[mǎo]星(小当家)第一次见到番茄,就大为激赏,研制出了一道番茄大虾盖浇饭。故事发生在慈禧太后垂帘听政的时期,当时番茄还没有被中国人广泛接受。也许是主角光环的原因,让刘昴星走在了时代前列。

番茄与虾的绝妙组合。图片:weightwatchers.com

番茄与虾的绝妙组合。图片:weightwatchers.com

1948年的《贵州通志》里,转述了一首题为《六月柿》的诗,在序言里说六月柿高四五尺,枝像蒿,叶像艾,果实艳红如火伞,来自西番,所以又名番柿。这可能是中国对番茄最早的一段记载。说它像蒿艾,也许是指番茄的枝叶有奇异的味道。

番茄的花、叶和果实。图片:David Besa / wikipedia

番茄的花、叶和果实。图片:David Besa / wikipedia

王象晋的园艺学著作《二如亭群芳谱》(初刻于1621年)中有番茄的记载,称为蕃柿,特别强调了它果实的美观,“火伞火珠未足为喻”,却没有提及吃法。番茄进入中国后相当长的一段时间内,吃货国民并没有对它产生兴趣。乾隆年间,李百川的小说《绿野仙踪》(不是那个美国的童话故事!)里写道:“不想他是个西番柿子,中看不中吃的整货”,可见当时番茄的可怜地位。

中国最早吃番茄的地区可能是台湾。乾隆二年(1737年)刊行的《台湾府志》里,番茄被叫做“柑仔蜜”,当时认为它不好吃,但和糖一起煮可以做成“茶品”。今天在台湾南部,番茄依然使用着“柑仔蜜”这个别称。

作家笔下的番茄

到了民国时期,中国人逐渐接受食用番茄。但不同时间和地区,人们对番茄的接受度是不同的。这可以从不同时段的文人描写的番茄看出来。

生于黑龙江呼兰区的女作家萧红,在1935年写成的《生死场》里,细致描写过大片的番茄田,这显然不是种着看的。东北地区的番茄,是在清末作为蔬菜从俄罗斯引种而来。宣统二年(1910年)的《呼兰府志》提到“洋柿”,称它是“俄种”。在小说里,萧红有时称番茄为“柿子”。今天在东北仍有这种叫法。

老舍在1927年发表的小说《赵子曰》里,嘲讽模仿“洋派”的大学生,到西餐馆里点了“番茄炒山药蛋”,尝了一口就无法下咽了。1935年,老舍又写了一篇短文《番茄》,讲到近年来随着西方文化入侵,番茄也走了红运,从西餐馆扩散到中国饭铺。老舍也为国人讨厌番茄做了辩护,番茄生吃“不果不瓜不菜”,煮熟后“稀松一堆”,实在是叫人爱不起来。

老舍的这番话,四川的学者李劼人是不会赞同的。1930年,李劼人从成都大学辞职,开了一家饭馆,主要原因是他对当时军阀的不满,但对烹调之道却颇有兴趣。他的馆子菜色有“番茄撕耳面”,“撕耳面”是四川小吃,这道菜可算是中西合璧。和意大利人一样,中国人也发现了番茄和面食天作之合的良好关系。

面食是番茄的另一个好基友。图片:pixabay

面食是番茄的另一个好基友。图片:pixabay

我们可以在著名吃货作家汪曾祺的笔下找到番茄的另一个好搭档——鸡蛋。汪曾祺1939年考入西南联大,在昆明旅居七年。他回忆说,沈从文在西南联大生活朴素,日常饮食是米线加番茄鸡蛋。这时候“国菜”也出现了,汪曾祺表示,昆明馆子里的番茄炒鸡蛋极好,秘诀是番茄断生,不过熟,颜色分明,北方的番茄炒鸡蛋,他斥之为“一塌糊涂”。也许最早的番茄炒鸡蛋流派问题,不是甜咸之争,而是生熟之争。

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花心还是忠贞?让动物大佬教你做人 http://songshuhui.net/archives/102780 http://songshuhui.net/archives/102780#comments Fri, 02 Nov 2018 23:14:54 +0000 http://songshuhui.net/?p=102780

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花心还是忠贞?这是一个问题。在动物们的世界里,一夫一妻、一夫多妻甚至一妻多夫都普遍存在。今天就为大家介绍一下那些一夫一妻的动物们吧。

多情的田鼠

在美国伊利诺伊州的大草原上,到了春天,年轻的草原田鼠(Microtus ochrogaster)就会离开父母,开始组建自己的小家庭。它们的“婚礼”既温柔又狂野,两只田鼠会互相嗅、舔、蹭,并为对方梳毛,还会在一天内交配15-30次。结为配偶之后,它们就会厮守在一起,一起筑巢和照顾孩子。不过,雌鼠也有可能生下其他雄鼠的崽,说明田鼠并不是完全“忠贞”的动物。3/4的田鼠夫妻终生不离不弃,如果一方死去,只有不到20%的田鼠会接受第二任妻子或丈夫。

草原田鼠 | 图片来源:Barbara L. Clauson / kars.ku.edu

草原田鼠 | 图片来源:Barbara L. Clauson / kars.ku.edu

虽然私生活非常浪漫,但草原田鼠也有暴力的一面。在交配后不到一天之内,田鼠会突然变得讨厌“外人”,遇到“家人”以外的同类,就会扑上去攻击。

频繁的交配会让田鼠分泌一些激素,比如催产素和抗利尿激素,这些激素是操纵田鼠爱情的魔药。如果我们给雄鼠注射抗利尿激素,他就会对雌鼠表现得十分亲热,非她不娶,并对其他的田鼠大打出手。如果我们用化学物质阻止抗利尿激素发挥作用,雄性草原田鼠就会变得冷漠无情,感觉不会再爱了。而如果给雌鼠注射催产素,她会变得对雄鼠热情,好像非他不嫁。奇怪的是,催产素并不会使雌性草原田鼠变得暴力,所以雌鼠脾气不好应该另有原因。

一对恩爱的草原田鼠 | 图片来源:pinterest

一对恩爱的草原田鼠 | 图片来源:pinterest

“魔药”让田鼠相爱的根本原因,还是在于它们的脑子。哺乳动物都能分泌催产素和抗利尿激素,但这两种激素在大脑的什么位置发挥作用,因物种而异。草原田鼠和它的亲戚山地田鼠(Microtus montanus),大脑接收催产素和抗利尿激素的位置就不一样,这让它们的行为迥然有别。山地田鼠非常不解风情,雄鼠在交配后立即跑路,就算你给它注射多少激素,也不会让它爱上谁。

换句话说,草原田鼠是天生的“情种”。在哺乳动物里,像它这样一夫一妻制的物种,只占到大约3%。

开后宫?你付得起奶粉钱吗?

一夫一妻制是演化生物学上的一个难题。按理说,一个动物越“花心”,跟越多的异性发生关系,就会留下越多的孩子。雄性动物尤其如此,因为精子比卵子小得多,“便宜”得多,一个雄性动物可以产生许多精子,让许多的雌性受孕。传说摩洛哥阿拉维王朝国王的伊斯梅尔,后宫有500多名妻妾,他有888个孩子。

如果“后宫”可以让动物子嗣兴旺,那么何必非要在一棵树上吊死呢?其实,我们应该反问的是:你觉得随便哪根葱都能搞得起“后宫”吗?

一只雄狮与两只雌狮,一夫多妻的情况在动物界并不少见。图片:Uniqornia / weheartit.com

一只雄狮与两只雌狮,一夫多妻的情况在动物界并不少见。图片:Uniqornia / weheartit.com

有些动物可以一大群往一块儿凑,有的却不行,这里最重要的影响因素是生态条件。比如食物资源非常稀少时,如果动物聚成一群,大家都会因为食物不足而饿死,后宫也就无从谈起了。

而且,当吃饭都成为问题的时候,如果遇到异性同类,你只会担心它和你抢粮食,根本不会往羞羞的方面想。草原田鼠之所以如此多情,可能是因为它们生活在资源匮乏的环境里,每一对田鼠都坚守自己的领地,不许别的田鼠进犯。对内的温馨和对外的暴戾,对田鼠而言,就是一体两面。

一夫一妻制出现的另一个原因是小孩太难养了,对这一点,人类肯定深有体会。不是每个人都像伊斯梅尔那样可以供得起许多小孩的奶粉。如果你的一大堆妻妾生了一大堆孩子,然后通通饿死,“后宫”对你来说也就毫无好处。所以还不如从一而终,一对夫妻共同养育一个或几个孩子。

不出意外的话,大天鹅是一夫一妻的,但如果一方意外死去,另一方大概率会再寻新欢。|  图片来源:Tony Hamblin / www.flpa-images.co.uk

不出意外的话,大天鹅是一夫一妻的,但如果一方意外死去,另一方大概率会再寻新欢。| 图片来源:Tony Hamblin / www.flpa-images.co.uk

在天愿做比翼鸟

这方面最经典的例子正好就是鸟类。“仰视百鸟飞,大小必双翔”,鸟类里的一夫一妻制异常多(超过90%)。雏鸟要在短时间内长大到可以飞行需要大量能量,所以小鸟们通常胃口惊人。我们都看到过春天的鸟妈妈和鸟爸爸在空中来回穿梭,衔来虫子塞进雏鸟的小嘴里,这确实是一项非常辛苦的工作。杂色山雀(Parus varius)的雏鸟每小时要进食五次,由父母合作进行喂食。

杂色山雀在喂食。| 图片来源:threepark.tistory.com

杂色山雀在喂食。| 图片来源:threepark.tistory.com

像人类一样,如果鸟类的“夫妻”能够齐心协力合作,家庭生活也会更加顺利。比如,去年就在一起的三趾鸥(Rissa tridactyla)“老夫老妻”,比今年新结合的“新婚夫妇”产卵更早,养育的小鸟数量也更多。因为“老夫老妻”的合作更有默契,这也许是一些鸟舍不得“原配”的原因。

一对三趾鸥在崖壁上照看自己的孩子。图片来源:T. Müller / wikipedia

一对三趾鸥在崖壁上照看自己的孩子。图片来源:T. Müller / wikipedia

时间是影响一夫一妻制的另一个因素。如果一种动物的繁殖时间非常短暂,比如某些蛙类和海鸟,“脚踩两只船”的可能性就会大大降低。因为大家都在同一时间“谈情说爱”(有点像大学?),当你找到一个配偶的时候,其余的异性早就已经“名花有主”了。

保护欲也可能导致一夫一妻制的产生。和食物一样,配偶本身就是一笔珍惜的资源。现在的基因检测技术,让我们可以给野生动物做“亲子鉴定”,结果发现,许多鸟类的后代里,都有“隔壁老王”的杰作。费心费力把孩子喂大,却发现不是自己的崽,这实在太可怕了。更可怕的是,许多雄性动物都有杀婴行为,当找到一个带着小孩的雌性之后,先把她的小孩杀掉,再与母亲交配。

雄性狮子杀婴,这可以促使雌狮尽快发情。图片:Paul Joynson Hicks、Barcroft / YouTube

雄性狮子杀婴,这可以促使雌狮尽快发情。图片:Paul Joynson Hicks、Barcroft / YouTube

雄性动物可以整天看着配偶,不让绿帽子落到自己头上,但看着老婆是需要时间和精力的,老婆多了,他也负担不起,往往只能紧紧看住眼前的这一个。小巧可爱的犬羚(Madoqua spp.)是少见的一夫一妻制羚羊,雄犬羚不会保护孩子,但对老婆的保护欲却非常强。他总是一步不离地跟在老婆身旁,并在四处留下自己的气味,一方面是为了标志领地,另一方面也是宣告雌犬羚已经“名花有主”了。

柯氏犬羚 Madoqua kirkii,上图为雌性,下图为雄性。图片来源:Yathin S Krishnappa / wikipedia

柯氏犬羚 Madoqua kirkii,上图为雌性,下图为雄性。图片来源:Yathin S Krishnappa / wikipedia

如果爱,就一辈子在一起

最后,如果找到“另一半”的可能性极小,那么就不要指望“天涯何处无芳草”了,这方面最好的例子可能是(雌雄异体的)寄生虫——不会走路,没有眼睛也没有什么脑子,在别人的身体里混沌度日,“谈婚论嫁”肯定非常困难。所以遇到一个配偶之后,它们往往会长相厮守。

某些种类的血吸虫,比如日本血吸虫(Schistosoma japonicum),成熟的雌虫和雄虫终生都会贴在一起。短粗的雄虫身上有一条凹陷,称为“抱雌沟”,他会把细长的雌虫夹住,这样,没手没脚的虫子也可以(不要脸地)拥抱老婆了。

雄性日本血吸虫通过抱雌沟抱住雌性。图片:ruby.fgcu.edu

雄性日本血吸虫通过抱雌沟抱住雌性。图片:ruby.fgcu.edu

血吸虫的远亲,双身虫(Diplozoidae)更为“痴情”。交配之后,雌虫和雄虫的身体会长在一起,变成字母X的形状,终生不能分开。真是上天比翼鸟,在地连理枝啊。

一种双身虫,雌虫和雄虫长成X形。| 图片来源:QM Dos Santos  et al. / Journal of Helminthology(2015)

一种双身虫,雌虫和雄虫长成X形。| 图片来源:QM Dos Santos et al. / Journal of Helminthology(2015)

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『怪奇物种』蜘蛛凌乱的家庭关系:这是妈妈的味道! http://songshuhui.net/archives/102765 http://songshuhui.net/archives/102765#comments Tue, 30 Oct 2018 23:13:43 +0000 http://songshuhui.net/?p=102765

本文来自红色皇后的微信个人公众号“濑尿虾的松鼠窝”,未经许可不得进行商业转载

预警,本文有蜘蛛图片。

人常说“舐犊情深”,动物母亲为孩子做出的付出,总是让人感动。但有一种付出的形式,令人毛骨悚然。那就是噬母现象(matriphagy),妈妈让孩子吃掉自己。

穹蛛(Stegodyphus spp.)是一类常见的蜘蛛,主要生活在旧大陆,在树枝、灌木丛上结网捕捉昆虫为生,它们以吃掉母亲而闻名。

学名S. lineatus的穹蛛。图片来源:commons.wikimedia

学名S. lineatus的穹蛛。图片来源:commons.wikimedia

举个例子吧,生活在印度的S. sarasinorum,它的整个繁殖过程是这样的:母蜘蛛产下350-550个卵,用丝做一个球形的卵囊,把它们包起来。母蜘蛛在网上守护卵囊4、5个星期,这段时间内她不捕食,完全不吃东西。

小蜘蛛孵化以后,蜘蛛妈妈会把卵囊撕破,让孩子们爬出来。虽然她饿了好几个星期,但还能从肚子里吐出食物,喂养小蜘蛛两到三个星期。然后,小蜘蛛爬到母蜘蛛身上,吮吸母亲的体液,在3-4个小时内,把母亲吃得只剩空壳。

蜘蛛妈妈虽然很有牺牲精神,却对自己的丈夫一点都不客气。研究人员在母蜘蛛的网上,发现了不少公蜘蛛的空壳,他们来寻觅佳偶,反而成了母蜘蛛的美餐。这是蜘蛛里另外一种常见的同类相食现象:妻子吃丈夫。

学名S. sarasinorum的穹蛛。拍摄者:Prathamesh Ghadekar

学名S. sarasinorum的穹蛛。拍摄者:Prathamesh Ghadekar

公蜘蛛虽是受害者,但他也有凶残暴力的一面。另一种穹蛛S. lineatus,公蜘蛛找到一个有卵囊的母蜘蛛,就会把卵囊偷走丢掉。然后跟母蜘蛛交配,生下第二窝卵。根据一项研究,在母蜘蛛损失的卵里,有将近三分之一是公蜘蛛做的孽。

杀死小孩,强占母亲的行为,在动物世界里相当常见,脊椎动物里也有不少。对母蜘蛛来说,孩子没了,投资在孩子上的营养物质和时间(平均18.5天),都会打水漂。所以毫不奇怪,蜘蛛妈妈会凶猛地保护自己的孩子。

但在“接受”孩子消失的事实之后,对她而言最好的选择,就是跟杀子仇人生第二胎,保证自己基因的延续。因为前一胎损耗了一部分营养,她的第二胎卵数会比较少。

S. lineatus的幼蛛,正趴在“自杀”的母亲身旁。拍摄者:Jorge Almeida

S. lineatus的幼蛛,正趴在“自杀”的母亲身旁。拍摄者:Jorge Almeida

S. lineatus小时候也会吃母亲。所以穹蛛的家庭关系,构成了一个“石头剪刀布”式的闭环。孩子杀母亲,母亲杀父亲,父亲杀孩子,可以说,这已经无所谓悲壮或者悲惨,而近乎荒诞的境界了。

会吃母亲的动物除了穹蛛,还有不少。比如澳洲的一种狩蛛,学名Diaea ergandros。一种学名Anechura harmandi的蠼(qú)螋(sōu)(俗称“夹子虫”,),等等。

吃母亲听起来丧心病狂,但其实是合乎演化逻辑的。有些动物母亲一生只能繁殖一次,她只能把所有的繁殖资源,都投入在这一胎内,自己的身体也是一种资源,不应该浪费。如果能牺牲了自己,提高后代的成活率,这样的行为会受到自然选择的偏爱。

参考资料

Schneider, J.M. and Lubin, Y. Infanticide by males in a spider with suicidal maternal care, Stegodyphus lineatus (Ersidae). Animal Behaviour 54:305–312, 1997.

Deshmukh, Ujjwala Shivaji. Suicidal maternal care in spider Stegodyphus sarasinorum, (family Eresidae). International Journal of Fauna and Biological Studies 2017; 4(2): 114-116.

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螳螂虾、锤子与核弹 http://songshuhui.net/archives/102634 http://songshuhui.net/archives/102634#comments Fri, 19 Oct 2018 22:26:00 +0000 http://songshuhui.net/?p=102634

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兵者不祥之器,非君子之器,不得已而用之,铦袭为上。 ——《道德经》

如果为动物界列一份杀手榜单,雀尾螳螂虾(Odontodactylus scyllarus)一定榜上有名。

顶尖杀手雀尾螳螂虾。图片:Georgette Douwma / NPL

顶尖杀手雀尾螳螂虾。图片:Georgette Douwma / NPL

极限武器

要成为强大的杀手,趁手的武器必不可少。雀尾螳螂虾的武器是它们的第二对颚足——掠足,而这对武器堪称动物世界最奇妙、最惊人的武器。根据掠足形态,和使用它们的“武术”不同,可以将螳螂虾分为两个类型:“刺穿型”和“粉碎型”。

各式各样的掠足。图片:Michael Bok

各式各样的掠足。图片:Michael Bok

“刺穿型”螳螂虾像螳螂一样,用掠足擒抓小鱼之类敏捷的猎物,然后再用爪尖锋利的针刺扎入肉里;而雀尾螳螂虾这样的“粉碎型”选手,则是以身披重甲,行动迟缓的动物,如贝类为目标。

雀尾螳螂虾正在攻击一只寄居蟹。图片:Solvin Zankl / NPL

雀尾螳螂虾正在攻击一只寄居蟹。图片:Solvin Zankl / NPL

“粉碎型”螳螂虾掠足的第一个关节,甲壳特别厚重,膨大成圆球状,这是它用来锤击猎物,粉碎甲壳的武器。使用“破壳法”捕食的动物,往往采取“撬棍策略”(缓慢持续地施力,把猎物撬开)和“锤子策略”(在0.1秒至1秒的时间里,发起多次重击)来达成目的。螳螂虾使用的策略类似“锤子策略”,但却有所不同,因为它的打击速度和力量,都远远超出了“锤子”的数量级。

鲜艳的圆球状掠足。图片:Silke Baron / flickr

鲜艳的圆球状掠足。图片:Silke Baron / flickr

超强攻击!Physics Girl / YouTube

超强攻击!Physics Girl / YouTube

螳螂虾的强大来源于它独特的“蓄力”和“施力”过程。螳螂虾的掠足,从外往里数的最后也最大的一截“腿”,叫做长节(merus),这段肢体的外壳富有弹性,可以像弹簧一样储存力量。掠足上有一个类似“门栓”的“锁扣”结构,在蓄力过程中,伸肌收缩,“门栓”锁住掠足,让它无法伸开,随着力量的增加,长节的“弹簧”逐渐压缩。紧接着,“门栓”松开,掠足一下子弹出,瞬间释放打击。以镰状独指虾蛄(Gonodactylaceus falcatus)为例,它的蓄力时间需要700微秒,而“门栓”松开仅需2微秒。

某种螳螂虾的掠足放大图。图片:Michael Bok

某种螳螂虾的掠足放大图。图片:Michael Bok

掠足是一个极高效的力量放大器。雀尾螳螂虾全速弹出掠足的时候,加速度达到惊人的104公里每秒,一次打击仅耗时几十毫秒,却可以释放1501牛的力,这个力相当于它自身重量的2600倍。

螃蟹:哎呀妈呀,脑瓜疼,脑瓜疼。图片:Mantisman / YouTube

螃蟹:哎呀妈呀,脑瓜疼,脑瓜疼。图片:Mantisman / YouTube

螳螂虾还具备一种无形武器:水下爆炸。雀尾螳螂虾的掠足会推动周围的水,形成极高速的水流,让水压骤然降低。水汽化形成气泡,这叫做空蚀现象(Cavitation)。因此,雀尾螳螂虾的锤击具有“一箭双雕”的效果,一次打击产生两次能量释放,第一次是掠足发出的“拳击”,第二次是气泡在水压下崩溃释放的能量(相当于“拳击”的50%~280%)。气泡“爆炸”的能量是如此之大,有时甚至会产生闪光和几千度的高温。

双重打击。图片:BBC Earth Unplugged

双重打击。图片:BBC Earth Unplugged

慈悲为怀

身怀如此利器,螳螂虾想必是神挡杀神,佛挡杀佛的天杀星了?奇怪的是,螳螂虾打击猎物十分凶猛,对待同类,却非常“慈悲为怀”。不到万不得已,绝不下杀手。

雀尾螳螂虾的亲戚,指虾蛄科(Gonodactylidae)的成员,在同类对战时,有一整套严格且“安全”的程序。首先,抬起头胸部,展开触须,举起掠足,许多螳螂虾的掠足上还有鲜艳的斑点,让自己的动作显得更加夸张醒目。接下来,两方像舞蹈一样摇晃触须,用触须对敲。最后,则是战斗的重头戏——捶打尾巴:一方把身体卷起来,用尾巴朝着对方的头,另一方则挥出小锤锤,猛击像盾牌一样挡在眼前的尾扇。

螳螂虾武力值高,颜值也不低。Solvin Zankl / NPL

螳螂虾武力值高,颜值也不低。Solvin Zankl / NPL

学名Neogonodactylus wennerae的螳螂虾,尾巴的甲壳厚度是腹部的1.5倍,尾巴上凸起的“棱”的甲壳厚度更是达到了腹部的两倍,这个结构既有刚性又有韧性,可以像拳袋一样吸收冲击。
大多数时候,两只螳螂虾的战斗都可以“兵不血刃”地分出高下,弱者主动退让,避免受伤。在Neogonodactylus bredini这种螳螂虾里,超过九成的战斗都是这样结束的。只有在极少数情况下,螳螂虾会展开掠足,用锋利的尖端去刺穿对方的腹部,造成致命伤。

一只略有些魔性的Neogonodactylus bredini。图片:DUKE UNIVERSITY / eurekalert.org

一只略有些魔性的Neogonodactylus bredini。图片:DUKE UNIVERSITY / eurekalert.org

在动物世界里,大多数同类动物的战斗,都遵循一套“逐步升级”的程序,冲突烈度逐步提高,大多数动物都在战况发展到“白热化”之前,弱的一方都会自认不如,主动退让,从而避免流血。

马鹿(Cervus elaphus)虽然有铁叉般的鹿角,最常用的战斗办法,却是大吼“战歌”,较弱的挑战者听到这可怕的声音,就会不战而退。北象海豹(Mirounga angustirostris)宛若海兽中的相扑力士,它们用胸脯撞击沙滩,让竞争对手通过地面的震动,知道它巨大的体重和力量。寄居蟹的大钳子,可以把对手的外壳碾得粉碎,大多数时候,却只呆在自己的领地里,上下挥舞钳子吓唬敌人。一些鱼的战斗方法是相互咬住下巴和嘴唇,那里的皮特别厚,根本无法造成有效伤害。另一些鱼更为文雅,它们极力展开鳍和鳃盖,让自己看上去更强大、更醒目,企图不战而屈人之兵,吓跑对手。为了加强这种视觉效果,它们装饰着绚烂的色彩,让它们的战斗仿佛优美的舞蹈,而不是你死我活的搏杀。

暹罗斗鱼即使打斗也像舞蹈。图片:da nokkaew / Flickr

暹罗斗鱼即使打斗也像舞蹈。图片:da nokkaew / Flickr

兵者凶器

动物进化出了凶残的武器,但它们似乎知道“兵者为凶器”,和同类对打的时候,总是十分克制。这减少了自然界里的流血和杀戮,但也给我们留下了一个进化的谜题:

如果有一只螳螂虾,在和同类的战斗中,不遵守“捶打尾巴”的规则,而是狂突猛冲,把对方打成两段,它岂不是所向无敌了?顺带一提,日语用“猪突猛进”来形容向前猛冲的战士,实际上,达尔文在他的著作《人类由来与性选择》早就注意到,公野猪对打虽然激烈,但受伤并不多,因为它们要么是獠牙相撞,要么是獠牙扎到肩膀上,公野猪的肩膀皮肤底下,有一层坚固的软骨“盾牌”。也就是说,猪的战斗也是有所克制的。

一只看起来不太好惹的雀尾螳螂虾。Birgitte Wilms / Minden Picture

一只看起来不太好惹的雀尾螳螂虾。Birgitte Wilms / Minden Picture

第一个试图解决这个问题的人,是获诺贝尔奖的动物行为学家康拉德·洛伦兹(Konrad Lorenz)。他说,动物在战斗中,之所以表现得很有节制,是为了“保种”——保证物种不灭绝。洛伦兹认为,动物都有进化而来的,克制自己攻击的本能,那些身具强悍武器的动物,这种克制的力量尤其强大。如果螳螂虾没有一点“仁慈忍让”,把对手打得稀巴烂,这个物种很快就会因自相残杀而灭绝。
研究过各种动物之后,洛伦兹的兴趣投在了人类身上。人类不像螳螂虾那样,天生身具利器,根据他的假说,我们克制自己杀戮的本能,也不见得多么强。但我们用技术武装自己,钢刀、枪炮、核武比任何螳螂虾的掠足都强大,恐怖的是,我们本能的“克制”是如此“微弱”,在“神兵利器”的面前,就像是薄薄的蛋壳要阻止洪水。

洛伦兹经历过二战,对人类战争的恐怖记忆犹新,他预言,我们总会遇到,战争双方的武器都可以毁灭对手的一天,那时我们该怎么办?

上兵伐谋

洛伦兹在动物行为学上功勋赫赫,但他也有许多错误。在他之后,进化论这个生物学的支柱思想,发生了重大变化。我们现在认为,动物根本不会为了“保种”而奋斗。自然选择的目标,不是“保证种族的生存”,而是“保证自己基因的传播”。

那么,螳螂虾在战斗中表现得如此“克制”,又是为何呢?理论进化学家梅纳·史密斯等人,把博弈论引进了进化生物学,得到了全然不同的答案:大家都不“穷追猛打”,不是为了“保种”,而是因为“穷追猛打”对“个人”本来就没有什么好处。史密斯引导我们,用“策略”去思考动物学的很多问题。如果一只螳螂虾费尽力气,把它的对手打死,自己也会精疲力尽,甚至受重伤,而且它杀掉一个敌人,也为别的敌人除掉了竞争对手。总之,刚强则折,“穷追猛打”在很多时候,并不是好策略。

有穷追猛打的功夫,不如多吃点。图片:Solvin Zankl / NPL

有穷追猛打的功夫,不如多吃点。图片:Solvin Zankl / NPL

相比之下,“逐步升级”的战斗,虽然不那么“酷”,却对战斗双方的基因传播,都有益处。两方虚张声势地比划一番,弱者自愧不如,主动退却。对强者自然是好事,对弱者也可以避免无意义地受伤,甚至失去性命。如果两方实力相当,再升级为烈度更高的冲突,更精确地比较实力,实在难分高下,才开始生死斗。螳螂虾越大,尾巴吸收冲击的能力越强。所以捶打尾巴,是一种很有效的衡量对方实力的方式。
不过,这种“不战而屈人之兵”的战法,又给我们提出了一个新的谜题。如果对打一开始,两边都在用虚张声势的战术,比如捶打尾巴或者大吼大叫,比较弱的一方,似乎完全可以吼得更大声,或者加厚尾巴的甲壳,假装自己比实际的样子更强。反正用不着正面交锋,做出一副外强中干的样子,把对方吓走,不是很聪明的策略吗?

动物可能会通过外形来虚张声势。图片:Roy / L. National Science Foundation

动物可能会通过外形来虚张声势。图片:Roy / L. National Science Foundation

答案是由另一位动物学家扎哈维(Amotz Zahavi)提供的。进化是双方的,骗子可以进化出“欺骗”的能力,被骗者也可以进化出“洞察骗局”的能力。动物会选择那些无法作假的特征,来衡量对方的实力。什么特征是无法作假的呢?扎哈维的答案简单粗暴:最贵的那些!

一个人有着结实的大腿而不是分明的腹肌,在健身圈里更容易得到崇拜,因为腿部肌肉练起来,要比腹肌辛苦很多。在动物世界,一双粗壮的大腿也是非常昂贵的,要耗费很多营养才能长成,而且肌肉增多了,即使是待着不动,也会消耗更多的能量。所以一个弱小的动物,根本不能长成强壮的大腿。

强大的掠足,也不是随便能长出来的。图片:Solvin Zankl / NPL

强大的掠足,也不是随便能长出来的。图片:Solvin Zankl / NPL

因此,很多动物都进化出华丽而奢侈的武器,既浪费时间又费力的炫耀“舞蹈”,甚至在战斗中故意空门大开,暴露自己的弱点,来证明自己的强大。另一种使用大腿作为格斗武器的昆虫——紫茎甲(Sagra femorata),雄性的后腿十分粗壮,但根本不适合走路。它走路只用前两对腿,后腿这对庞大的武器则在身后拖着,像个昨天刚做过深蹲,今天肌肉酸痛难忍的健美选手。

 蹲腿蹲过了,爬不动了。图片:Dinesh Valke / Wikipedia

蹲腿蹲过了,爬不动了。图片:Dinesh Valke / Wikipedia

未来难测

扎哈维告诉我们,巨大、奢侈的武器,可以诚实地展示自己的实力。所以武器看上去虽凶残,却带来了和平。武器摆着不用,也足够震慑敌手,让比较弱的敌人不战而退,这就避免了很多战斗。

像洛伦兹一样,另一位进化生物学家埃姆伦(Douglas J.Emlen),面对动物的战争和武器,也联想到了人类。和动物的斗争一样,人类之间的战争,也可以通过“逐步升级”的形式进行。从炫耀武力,到边境冲突,再到大范围冲突。就如同螳螂虾从展开掠足到捶打尾巴,再到刺穿肚子。而巨大、昂贵的武器,例如核武器、航空母舰、战斗机,也像昆虫的大腿一样,展示着一个国家的实力,可以吓退挑战者,从而带来(暂时的)和平。

雀尾螳螂虾的掠足和人类的核弹,在某些方面其实是一样的。图片:Solvin Zankl / NPL

雀尾螳螂虾的掠足和人类的核弹,在某些方面其实是一样的。图片:Solvin Zankl / NPL

洛伦兹的预言(部分)生效了,人类在战争中,第一次拥有了能毁灭双方,甚至毁灭人类文明的武器。 但是,克制我们不去使用这些武器的,不是根本不存在的人类“保种”本能,而是我们对巨大武器的畏惧。即使炫耀武器,可以解决大多数的争端,螳螂虾之间的斗争,总有极小的一部分,从捶打尾巴上升到相互刺穿。不过我们开始“刺穿”的时候,使用的不是掠足,而是核弹。
如果“人和动物”的类比成立的话,我们不得不担忧,这种“坐在火药桶”上的和平,到底有多牢靠呢?如果战争的烈度升级到无法再升,那时我们该怎么办?

我没有答案。

很多问题就是没有答案。

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『怪奇物种』臭虫的爱情:一发入魂! http://songshuhui.net/archives/101935 http://songshuhui.net/archives/101935#comments Mon, 13 Aug 2018 22:33:51 +0000 http://songshuhui.net/?p=101935

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预警:内含臭虫图片。

很难想象有人会对臭虫的话题感兴趣,除了怎么弄死它们以外。但是,这些讨厌的小东西至少还有一点,是值得我们关注的,臭虫科(Cimicidae)拥有昆虫最具暴力美学的性行为。

雄性臭虫的外生殖器,附带一把锐利的“剑”,名为阳基侧突(paramere),在交配时,他不是瞄准雌性的生殖道,而是直接把阳基侧突扎入雌性的腹部,把精子和附属腺体(accessory gland)的分泌物一块儿注入体腔。

肚子上被扎个洞可不是什么好玩的事,臭虫多次交配之后,寿命会缩短。理所当然,雌虫会想方设法避免这种暴力的玩法。雄性臭虫会散发出外激素,吸引同性来集群,雌性臭虫也集群,但不会产生外激素,显然,她们不想让男人们闯进“女生俱乐部”。

交配的臭虫。图片来源:wikipedia,拍摄者:Rickard Ignell

交配的臭虫。图片来源:wikipedia,拍摄者:Rickard Ignell

雌臭虫还会蜷缩腹部,让雄性无法“下针”,但是,这个防御策略有个致命的缺点:吸饱了血之后,臭虫腹部会膨胀得很大,十分笨重,无法蜷身。她没办法永远不吃饭,所以雄臭虫总是有钻空子的时候。

更有甚者,为了抵御“矛”的伤害,一些雌臭虫进化出了相应的“盾”。例如最普通的温带臭虫(Cimex lectularius),在雌虫的腹部右侧,第五节的位置上,表皮特别厚实,还有个凹口,通往一个体内的囊袋,雄虫的精子从这个位置注入,流进袋子,储存起来。这一系列构造叫做受精储精器(spermalege)。

臭虫的腹部特写,显示精子注入的凹口。图片来源:M. T. Siva-Jothy

臭虫的腹部特写,显示精子注入的凹口。图片来源:M. T. Siva-Jothy

精子注入“口袋”,能大大降低刺穿对雌虫的损伤。一方面,它减少了受伤和感染病菌的危险,另一方面,“口袋”可以包裹住雄虫的分泌物,限制它直接流入体内。外来的陌生物质,可能会触发雌虫的免疫反应,让她生病。此外,接受精液里的化学物质,还有一重风险:下药。有的昆虫,比如果蝇,精液里的分泌物拥有控制雌性的能力。比如,让雌性“禁欲”,不太愿意接受交配。对于雄性来说,雌性只给他一个生娃,当然是最好的,但雌性可能会想要多接触几个雄性,选择最优秀的精子。我们对臭虫精液成分所知不多,如果它们的精液也有这种作用的话,雌性臭虫通过盾就能部分阻止雄性。

不同种类的臭虫,“盾”进化的程度也有所不同。有的,比如Primicimex属,根本缺乏受精储精器装置,直接让雄性刺穿她的肚子。有的,像Stricticimex属,具有高度复杂的体内“容器”,接收精子,然后直接送往输卵管,整个过程不经过体腔。

不同种类臭虫接收精子的器官。图片来源:reed.edu

不同种类臭虫接收精子的器官。图片来源:reed.edu

不过……这和普通的生殖道又有什么区别呢?

雄臭虫虽然无情残暴,也懂得打一个巴掌给一个甜枣的道理。毕竟他的目的是要繁殖,把雌臭虫扎死就糟了。雄虫注射的分泌物里,含有微量元素、抗氧化剂和抗菌剂,可以避免感染,维护雌虫的健康。圈叉一次等于打了美容针,听起来还蛮有吸引力的……

参考资料

  1. Margie Pflester, Philip Koehler and Roberto Pereira, “Sexual Conflict to the Extreme: Traumatic Insemination in Bed Bugs,” American Entomologist, Winter 2009, 244-249.
  2. Morrow, Edward H.; Arnqvist, Göran. Costly traumatic insemination and a female counter-adaptation in bed bugs. Proceedings of the Royal Society B. 2003-11-22, 270 (1531): 2377–2381.

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『怪奇物种』行军蚁的残酷盛宴 http://songshuhui.net/archives/101897 http://songshuhui.net/archives/101897#comments Sun, 12 Aug 2018 06:28:10 +0000 http://songshuhui.net/?p=101897

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预警:内有密恐昆虫图片。

Dorylus属,Anomma亚属的行军蚁(army ant,另外一些属,如Eciton,也被称为行军蚁),又称驱赶蚁(driver ant),可谓非洲昆虫的霸主,大颚所及,摧毁一切无脊椎动物,唯有一类昆虫能抵御行军蚁的扫荡,那就是白蚁。

行军蚁的狩猎大队。图片来源:wikipedia,拍摄者:Mehmet Karatay

行军蚁的狩猎大队。图片来源:wikipedia,拍摄者:Mehmet Karatay

白蚁丘由泥沙、粪便和唾液粘合而成,风干后坚硬如石。即使从通气孔或者入口强行闯进,白蚁也会把通道堵上,让敌人无法再入侵。而且行军蚁的身躯适应于在地面行动,腿长,触角细,不适合在白蚁的地下通道里“巷战”。它们偶尔能猎到一些繁殖的有翅白蚁,或者出外觅食的白蚁,白蚁固若金汤的“堡垒”,虽然蕴藏大量蛋白质和脂肪,却几乎不在行军蚁的食谱中。

白蚁丘。图片来源:pixabay

白蚁丘。图片来源:pixabay

2005年,在尼日利亚的加莎卡古姆蒂(Gashaka-Gumti)国家公园,生物学家舍宁(Caspar Schöning)和摄影师墨菲特(Mark W. Moffett),观察到了一场行军蚁猎杀白蚁的饕餮盛宴,这是我们唯一一次目睹Anomma亚属的行军蚁捕食大量白蚁。

1月23日,傍晚7:45,舍宁发现一队学名为Dorylus rubellus的行军蚁在搬运死昆虫,全都是Macrotermes subhyalinus这种白蚁,最多的是工白蚁,夹杂着少许中型的兵白蚁,还有少数身首异处的大型兵白蚁(两只蚂蚁分别扛着它的头和身子)。到了午夜,蚂蚁的战利品里又增加了能繁殖的白蚁。蚂蚁大军绵延不绝,一直延续到第二天早晨。连很年轻的工蚁都参加了搬运,这说明猎物太丰盛,蚂蚁不得不倾巢而出,因为年轻工蚁一般是不出外狩猎的。舍宁估计,这支队伍搬回的白蚁数量达22万。

24日,舍宁和墨菲特跟着蚂蚁,寻找它们猎物的来源,虽然没有找到白蚁窝,却发现了同一个行军蚁巢派出的另外两支队伍,也搬运着大量的白蚁战利品。

一群行军蚁猎捕了一只蝗虫。图片来源:wikipedia,拍摄:Karmesinkoenig

一群行军蚁猎捕了一只蝗虫。图片来源:wikipedia,拍摄:Karmesinkoenig

24日晚上,蚂蚁大军的劫掠行动基本结束。25日早晨,行军蚁的营地开始发出臭味,它们把带很多肉的白蚁残躯,和完整的白蚁尸体搬出来,扔到垃圾堆里。显然,行军蚁们的食物太多,米烂陈仓,无法消化了。同一天,行军蚁们搬了一趟家,来到一个25厘米深的地下空洞里,它们搬来的死白蚁,足足堆了15厘米深。舍宁估测,被杀的白蚁总数达到了50万,除去水分的干重有2.4公斤。

可惜的是,我们没找到这场战斗的发生地。研究者们跟着一群行军蚁走了50多米,往下挖了一米深,找到了白蚁的巢室,却没有找到行军蚁。也许行军蚁的入侵发生在地下的其他位置。

为何白蚁的“堡垒”会被攻破呢?没人知道,但有一个可能的嫌疑犯:非洲的挖洞专家土豚(Orycteropus afer),这种动物专门以白蚁和蚂蚁为食,它的利爪可以剖开坚固的白蚁窝,让蚂蚁得到机会长驱直入。

从洞穴中冒出头的土豚。图片来源:wikipedia,拍摄者:Louise Joubert

从洞穴中冒出头的土豚。图片来源:wikipedia,拍摄者:Louise Joubert

参考资料:

Schöning C, Moffett M (2007). Driver ants invading a termite nest – why do the most catholic predators of all seldom take this abundant prey? Biotropica 39: 663-667.

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