在蝗蟲的世界里，雌性猶如神秘的女巫，用“魔法”繁殖。

黃雨佳

clefable

“新禾未熟飛蝗至，青苗食盡余枯莖。”這是唐代詩人戴叔倫在《屯田詞》中對蝗蟲的描述，反映出了蝗災的恐怖。蝗蟲是一種臭名昭著的昆蟲，它們能成群遷徙數千公里，像一片黑云遮天蔽日，吞噬沿途的一切植物。據估計，一平方千米的蝗群中包含大約 4000 萬只蝗蟲，一天能吃掉 3.5 萬人的口糧。2020 年的東非蝗災就是一個慘痛的例子，蝗蟲從非洲一路蔓延至印度，影響了 20 多個國家和地區，沿途 1190 萬人的糧食供應受到直接威脅。

蝗蟲能造成如此嚴重的農業災害，與其強大的繁殖能力密不可分。蝗蟲主要在沙質土壤中產卵，每只雌蝗蟲一次可以產下 60-80 粒卵，一生至少可以產卵 3 次。約兩周左右，這些卵就能孵化出若蟲。若蟲經過五次蛻皮后成為成蟲，再歷經兩到四個月即發育成成熟的蝗蟲，就能開始繁殖了。因此，只要環境條件適宜，蝗蟲的數量會呈幾何級數增長。

為了保護后代不被鳥獸和其他昆蟲發現和捕食，雌性蝗蟲不僅要選擇合適的土壤和濕度，還要將卵產在地下 10 厘米甚至更深的地方，這樣也可以減少風雨對卵的影響。然而，一只成年的雌性蝗蟲體長也不過 4-7 厘米，站在地面產卵的蝗蟲如何完成這樣艱難的工作呢？

自由伸縮的“挖掘姬”

雌性蝗蟲會用腹部在土壤中打洞。和雄性蝗蟲不同，雌性蝗蟲腹部有一個特殊的結構，叫做產卵器，它由兩個像鏟子的瓣膜組成。一瓣位于腹部末端，負責插入土壤中；另一瓣位于背部末端，主要負責挖掘土壤。在產卵時，雌性蝗蟲會將腹部尖端壓進地面，然后巧妙地控制產卵器的運動，使其周期性地打開、關閉和收縮等，一直挖土，直到蝗蟲腹部伸長至地下 10 厘米，甚至 15 厘米。

隨后，它們會先判斷腹部末端的土壤濕度、鹽度是否合適，如果不適合產卵，或者產卵過程被其他蝗蟲打斷，它們就會在不到一分鐘甚至幾十秒內，就迅速收回腹部，終止這個過程。而如果一切順利，它們就會小心翼翼地把卵放在卵莢中，邊產卵邊收縮腹部，并用分泌的泡沫覆蓋住卵，最后把產卵的洞口用土壤蓋好。一個完整產卵的過程會持續一個小時之久。

蝗蟲腹部正常不會超過 5 厘米，而之所以能伸至原來的 2-3 倍長，是因為一種名為節間膜的特殊結構。這種結構非常柔軟，連接著蝗蟲腹部的每一節，可以讓蝗蟲腹部的背片就像折扇一樣，既能折疊起來，又可以在產卵時展開。

在展開這些背片時，蝗蟲還需要用到背片間的腹部肌肉。這就意味著，當背片展開時，蝗蟲的腹部肌肉也要跟著伸展。科學家們在顯微鏡下觀察到，在沒有展開背片時，蝗蟲腹部的肌肉原纖維相互纏繞排列，側面有許多凸起的波紋。而當它們產卵拉伸腹部時，原本纏繞的原纖維被拉長，呈平行排列，肌肉表面也變得平滑，甚至肌肉細胞的細胞核都會被壓扁。

人類和蝗蟲都有同樣能伸能縮的肌肉，為什么人類的骨骼肌就沒有這么強大的伸縮能力呢？

骨骼肌主要由兩種蛋白質纖維構成:粗肌絲和細肌絲。它們可以相互滑動，從而使肌肉收縮或拉長。粗肌絲和細肌絲重疊得多，肌肉就會收縮；當粗肌絲和細肌絲重疊得少時，肌肉就會拉長。在人體內，骨骼肌中的粗肌絲和細肌絲都會固定在一個名為 Z 盤的結構上，形成一種名為肌小節的結構。當粗肌絲和細肌絲已經重疊得很少，但還繼續拉伸時，就會導致 Z 盤斷裂或撕裂，造成肌肉損傷。

科學家們推測，雌性蝗蟲產卵時，腹部肌肉會被極度拉長，Z 盤也發生了斷裂，轉變成了一種不同于肌小節，但仍然能伸長和收縮的結構 ——Z 體。科學家們對這種現象提出了兩種可能的解釋:一種是“傾斜”模型，認為斷裂后的 Z 盤會傾斜成一個角度，從而擴展了肌肉能伸長的長度；另一種是“滑動”模型，認為斷裂后的 Z 盤會錯位重疊排列，通過滑動進一步延伸。

但是，無論是哪種情況，雌性蝗蟲的腹部肌肉在過度拉伸后，粗肌絲和細肌絲原本的規則排列都已經被破壞了。在顯微鏡下，它們不再呈現出因粗細肌絲重疊排列形成的明暗花紋，而是變得混亂不堪。這也就意味著，在地下深處產卵后，蝗蟲媽媽腹部肌肉的結構可能已經永久改變了。

雌性蝗蟲在產卵時伸長身體，這影響的不僅是腹部肌肉，它們腹部的器官如腸道、心臟，甚至連神經也會被拉伸。脊椎動物的背部有脊髓，類似地，蝗蟲也有一種對應的名為神經索的結構，腹部范圍共有五個神經節。一般來說，對人等脊椎動物來說，神經拉長超過 30% 就會受到不可逆轉的損傷。但是，蝗蟲再把神經索拉伸到原來的幾倍，仍然不會受到損害，這簡直不可思議！

為了比較蝗蟲的神經是否天然就具有超凡的可拉伸能力，科學家們對比了雄性、性成熟前雌性和性成熟雌性(SM)蝗蟲腹部神經系統的拉伸能力。他們通過解剖取出這些蝗蟲的神經索，然后用手術鉗逐漸拉伸，直到神經索斷裂。

科學家們發現，這些的腹部長度基本一致，都是 3 厘米左右，三者的神經索長度也沒什么差別，樣子也非常相似。但是，一旦開始拉伸，三者的差異就立刻顯現了。雄性蝗蟲的腹神經索最多能拉伸至原始長度的 140.5%；大多數性成熟前的雌性蝗蟲能拉伸至原始長度的 164%，個別能拉伸至 186%。但性成熟的雌性蝗蟲的腹神經索平均能拉伸至原始長度的 214%，甚至達到 249%。

后來，這些科學家們摒棄了手動拉伸，改為用儀器來檢測蝗蟲腹神經索的伸長能力。其間，有幾只性成熟雌性蝗蟲的腹神經索甚至已經達到了設備能測量的最大長度，仍然沒有斷裂。而當儀器慢慢地松開這些腹神經索，它們竟然能完全可逆地恢復到原始的長度，不會像超過彈性限度的橡皮筋那樣變得松弛，依然還是緊繃狀態。

他們還發現，腹神經索上不同神經節之間的可拉伸性也不相同。對性成熟前的雌性蝗蟲而言，不同神經節間節段的可拉伸性相對平均，從原始長度的 145% 到 186% 不等。而對于性成熟的雌性蝗蟲，不同節段的可拉伸性則差異很大，從原始長度的 172% 到 257% 不等。其中，可拉伸性最強的是腹神經索的中間區域，也就是第 2 至第 4 神經節之間的部分。

其實，蝗蟲并非人類發現的首個神經能可逆伸長超過 2 倍長度的物種。例如，須鯨在進食時需要快速吞下大量海水，口腔和腹腔的體積會迅速膨脹。相應的，它們的神經也會一起伸長。須鯨采取的策略是把神經纖維束像手風琴一樣折疊起來，再用同樣高度折疊的外膜和外壁包裹。這樣一合一張之間，舌頭的長度就翻了番，而神經自身的長度卻沒有變化。當然，須鯨也有一些保護性構造，來防止神經過度伸長。

可是，科學家們卻沒有在雌性蝗蟲的神經索中發現這樣的構造。和性成熟前相比，性成熟的雌性蝗蟲除了神經看起來更厚一點，并沒有什么特殊的結構，拉伸前后也沒有特殊的形態變化。科學家們也僅僅只能推測，或許是在雌性蝗蟲性成熟的過程中，有某種信號改變了神經組織的生物力學特性。但是，這種信號是什么，它是如何作用的，都還有待進一步研究。

人類的身體有時會因為過度拉伸而受傷，但是動物界卻有許多奇妙的生物，它們能把自己的身體延展到令人瞠目結舌的程度，卻不會損傷任何組織。這些生物的身體構造已經為人們開發生物材料和合成器官提供了許多靈感。等到科學家們完全探明雌性蝗蟲超強伸展性奧秘的那一天，說不定我們就能開發出隨時隨地伸長三倍、跑步飛快的義肢了呢！

參考文獻: