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    螢火蟲為什么會發光?發光有什么用?

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    螢火蟲為什么會發光?發光有什么用?

    發布日期:2019-08-28 作者:轉載 點擊:

    螢火蟲為什么會發光?發光有什么用?



    2019年8月28日訊 /生物谷BIOON /——當第一次出現的時候,你可能并不確定你看到了什么。但你凝視著閃爍的光的方向,它又出現了--傍晚的第一只螢火蟲。如果你生活在螢火蟲的棲息地,很快就會有數十甚至數百只螢火蟲飛來飛去,發出神秘的信號。
    螢火蟲--在美國很多地方被稱為螢火蟲--既不是蒼蠅也不是蟲子。它們是軟翅甲蟲,與點擊甲蟲和其他甲蟲有親緣關系。它們生物學中最引人注目的方面是它們能發光--這種能力在生物體中,稱為生物發光,是相對罕見的。
    作為一名昆蟲學家,Clyde Sorenson研究昆蟲的生態學和生物學,并教授相關知識。最近,他一直在試圖了解他的家鄉北卡羅來納州螢火蟲的多樣性和生態學。螢火蟲遍布北美,包括西部的許多地方,但在從佛羅里達到加拿大南部的大陸東部,它們數量最多,種類也最豐富。



    發光的甲蟲
    螢火蟲通過結合一種叫做熒光素的化學物質、一種叫做熒光素酶的酶、氧氣和細胞工作的燃料ATP,在腹部的特殊器官中產生光。昆蟲學家認為它們通過調節氧氣進入發光器官的量來控制閃光。
    螢火蟲最初進化出發光的能力可能是為了躲避捕食者,但現在它們主要是用這種能力來尋找配偶。有趣的是,并不是所有的螢火蟲都能發光--有幾種白天飛行的物種明顯依賴于信息素的氣味來尋找彼此。
    每一種螢火蟲都有自己的信號系統。在大多數北美物種中,雄性在合適的高度、合適的棲息地和夜晚合適的時間飛來飛去,并發出一種同類獨有的信號。雌性坐在地上或植物里,尋找雄性。當雌性看到它發出同類的信號--而且做得很好時--她就會用同類特有的閃光反射回來。然后,當雄螢火蟲飛向雌螢火蟲時,雌螢火蟲和雄螢火蟲發出了同樣的信號。如果一切順利,它們會交配。
    一個很好的例子是Photinus pyralis,一種常見的后院物種,通常被稱為北斗七星。一只雄性在黃昏時飛離地面約3英尺。每隔五秒鐘左右,他它會做出一秒鐘的閃光,同時它會以"j"的形狀飛行。雌的Photinus pyralis棲息在低矮的植被中。如果她看到一個她喜歡的人,她會等兩秒鐘,然后在第三秒自己閃半秒鐘。
    有些種類的螢火蟲一晚上會"鳴叫"好幾個小時,而有些種類的螢火蟲在黃昏時分只會"鳴叫"20分鐘左右。螢火蟲的光通訊可以變得更加復雜;有些物種有多個信號系統,有些可能把它們的光器官用于其他目的。


    雖然大多數雄性螢火蟲會做自己的事情,獨立于同一物種的其他雄性螢火蟲發出閃光,但當周圍有很多其他螢火蟲時,有些螢火蟲會同步發出閃光。在北美,兩種最著名的能做到這一點的物種是阿巴拉契亞山脈的Photinus carolinus,包括大煙山國家公園里的Photuris frontalis,以及南卡羅萊納的坎格瑞沼澤國家公園里的Photuris frontalis。
    在這兩個物種中,科學家們認為雄性會同步,這樣每個個體都有機會尋找雌性,并讓雌性向雄性發出信號。這些展覽非常壯觀,想要在最著名的地方看到它們的人們擠得水泄不通,因此有必要進行抽簽,以獲得觀看許可。然而,這兩個物種都分布在廣闊的地理范圍內,在其他不那么擁擠的地方也可能看到它們。
    臭化學防御
    許多螢火蟲用一種叫做Lucibufagins的化學物質來保護自己免受捕食者的傷害。這些分子是昆蟲從它們吃的其他化學物質中合成的。Lucibufagins在化學上與蟾蜍分泌在皮膚上的毒素非常相似,雖然它們在適當的劑量下是有毒的,但它們也非常令人討厭。
    鳥類和其他掠食者很快就學會了躲避螢火蟲。Sorenson曾看到一只癩蛤蟆在他的后門廊吃了一只螢火蟲,然后立刻把它吐了出來;昆蟲走開了,粘糊糊的,但顯然沒有受傷。他的一個同事曾經把一只螢火蟲放進他的嘴里--他的嘴麻木了一個小時!
    許多其他昆蟲在視覺上模仿螢火蟲,以便看起來像不好吃的有毒的物質。螢火蟲似乎也會產生其他的防御性化學物質,其中一些可能有助于它們獨特的氣味。
    許多螢火蟲不能制造這些防御化學物質。所以這些大型長腿閃電蟲的雌性會做一些令人驚訝的事情:一旦它們交配后,它們開始模仿雌性螢火蟲的閃光,然后吃掉做出反應的雄性螢火蟲。這些蛇蝎美人繼續利用它們從極度失望的獵物身上獲取的熒光蛋白來保護自己和卵不受捕食者的傷害。它們迅速將化學物質轉移到血液中,如果被捕食者抓住,它們就會自動流血。
    沒有比家更好的地方了
    大多數螢火蟲都是棲息地專家,使用林地、草地和沼澤。它們依靠棲息地保持一年或更長時間不受干擾,以完成它們的生命周期。這些昆蟲的大部分生命都是作為幼蟲度過的,它們以蚯蚓和土壤或落葉中的其他動物為食--大多數成年昆蟲根本不吃東西。如果這種棲息地在它們年輕的時候被破壞,它們的種群就會滅絕。


    更容易受到傷害的是,許多物種的雌性--比如著名的南部阿巴拉契亞山脈和其他地方的藍色幽靈--都沒有翅膀,而且它們不能走得更遠。如果一群藍色幽靈棲息地被伐木或其他破壞所摧毀,將無法再重建。因此,棲息地的破壞是螢火蟲面臨的最大威脅之一。其他危害包括人工照明造成的光污染,以及可能用于滅蚊的殺蟲劑。
    關于螢火蟲還有很多需要了解。像Sorenson這樣的昆蟲學家已經在北美發現了170多種左右的物種,但很明顯,更多的物種出現在這里。注意你周圍的螢火蟲:觀察他們的閃光模式和行為。也許你會發現其中一個新物種。
    參考資料:

    【1】How fireflies glow and what signals they're sending

    【2】BIOLUMINESCENCE

    【3】Ariel Firebaugh et al. Experimental tests of light-pollution impacts on nocturnal insect courtship and dispersal. Oecologia December 2016. DOI https://doi.org/10.1007/s00442-016-3723-1

    【4】Family Lampyridae - Fireflies

    【5】MORPHOLOGY AND BEHAVIOR OF PHAUSIS RETICULATA (BLUE GHOST FIREFLY)

    【6】Fireflies, Glow-worms, and Lightning Bugs

    【7】Lynn Frierson Faust et al. Natural History and Flash Repertoire of the Synchronous Firefly Photinus carolinus  (Coleoptera: Lampyridae) in the Great Smoky Mountains National Park. Florida Entomologist, 93(2):208-217 (2010). https://doi.org/10.1653/024.093.0210

    【8】Matthew Gronquist et al. Shunning the night to elude the hunter: diurnal fireflies and the "femmes fatales". CHEMOECOLOGY. DOI https://doi.org/10.1007/s00049-005-0325-5


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