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破茧成蝶:毛毛虫变形记

时间: 2012年09月04日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
毛毛虫首先要消化自己才能变成蝴蝶。不过,特定的细胞群能够存活下来,把浆液转变成眼睛、翅膀、触角等其他成虫结构。

 

 

图片来自:Michael Cook

  在孩提时代,大多数人都听过毛毛虫变蝴蝶的奇妙过程。故事通常是从一枚虫卵孵化出一只饥肠辘辘的毛毛虫讲起的。毛虫,或者更学术地称其为幼虫,以树叶为食,经过一次次蜕皮变得愈发强壮丰满。有一天,毛虫停止了进食,把自己倒吊在一根嫩枝或一片叶子上,并把自己包裹成一枚柔滑的茧,或蜕皮形成一枚光亮的蛹。在它的保护套中,毛虫的身体发生了翻天覆地的变化,最终形成蝴蝶或飞蛾。

  然而,这样彻底的变化需要什么?毛虫如何将自己变成蝴蝶?在碟蛹或蚕茧中究竟发生了什么?

    要对整个变化过程(学术上称为变态)一窥究竟还真不容易——打扰一只躲在蚕茧或蝶蛹里的毛虫得冒着破坏其变态的风险。不过,多亏了Michael Cook,他维护的网站为我们提供了柞蚕(Antheraea penyi)的精美图片。这种蚕不会用蚕丝将自己包裹成茧,因此我们才能一瞥那些平常见不到的事物——还没发育成飞蛾的蛹有着精致、透明如碧玉般的翅膀、触角和腿。

  首先,毛虫要消化自己,即分泌各种酶来溶解自己的全部组织。如果你碰巧割开了一枚蚕茧或蝶蛹,就会看到毛虫的浆液流出来。但是这些蛹的内容物并非乱作一团。某些被称为“成虫盘”(imaginal discs)的高度组织化的细胞群在消化过程中会存活下来。早在毛虫还在卵中发育时,它就长出了成虫盘——将会分化成眼睛,翅膀,腿等等,这些都是成年蝴蝶或飞蛾的各个身体部位。在一些毛虫种类中,这些成虫盘将终生保持休眠状态;而在其它种类中,甚至在毛虫形成蝶蛹或蚕茧之前,成虫盘就开始形成成虫的身体部位。有些四处游走的毛虫则将还未发育的小翅膀藏掖在身体里,但是从外面你永远看不出来。

 

果蝇三龄幼虫体内的成虫盘。图片来自:www.cellbiol.net

    一旦毛虫体内除成虫盘以外的其它组织全部被消化分解,那些成虫盘便迅速利用周围富含蛋白质的浆液来进行细胞分裂,分化出的细胞将形成翅膀、触角、腿、眼睛、生殖器及一只成年蝴蝶或飞蛾应具有的所有其它特征结构。举例来说,形成果蝇翅膀的成虫盘,在变态过程结束时,也许会由最初的仅仅50个细胞分裂成超过50 000细胞。因物种而异,在成年蝴蝶体内还保留有某些毛虫的肌肉及部分神经系统。甚至有一项研究称,飞蛾记得它们在毛虫阶段的最后几个时期学习的内容。

 

 (环球科学 译/刘璇 校/朱佳莲)

 

原文地址:http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=caterpillar-butterfly-metamorphosis-explainer

 

 

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