螢火蟲的求偶信號

隨著陽光從夏日的天空中消退，一大群雄性螢火蟲便從白天的蟄伏狀態(tài)蘇醒過來，一個挨著一個地爬上草葉。等到夜色完全降臨時(shí)，它們便像一架架微型直升飛機(jī)騰空而起，遁入茫茫夜空……這些飛行者去干什么呢?不是去進(jìn)行軍事征服，它們的目的其實(shí)很簡單——傳宗接代。螢火蟲的成年期非常短暫，必須抓緊時(shí)間，利用每一個夜晚去尋找自己的“意中人”。它們用閃光信號將自己的尋偶意圖廣而告之，然后通過雌性螢火蟲發(fā)回的應(yīng)答信號尋找配偶。

識別同類

螢火蟲的英文意思是“發(fā)光的蒼蠅”，但實(shí)際上它們是甲蟲，屬于螢科，與蒼蠅沒有任何關(guān)系。迄今為止，昆蟲學(xué)家正式記錄在案的螢火蟲大約有2000種。螢科昆蟲中還有一些不發(fā)光的種類，它們主要通過信息素尋找配偶。此外，也有一些雖然發(fā)光但并不閃爍的種類。在北美地區(qū)，發(fā)光螢火蟲主要有三個屬：紅螢屬、扁螢屬和窗螢屬。

從外表看，螢火蟲與其他甲蟲一樣，生有翅鞘。前翅非常堅(jiān)硬，在后翅上面形成一個保護(hù)殼。后翅像扇面，平時(shí)折疊在前翅下，只在飛行時(shí)才伸展開。北美螢火蟲的三個屬的成蟲長得非常相似，都有帶黃邊的黑翅和類似防護(hù)罩的頭罩，頭罩上面有紅斑紋。昆蟲學(xué)家根據(jù)它們在顏色、雄性生殖器形狀和發(fā)光模式等形態(tài)學(xué)上的細(xì)微差異對它們進(jìn)行區(qū)別。

那么，螢火蟲又怎么知道別的螢火蟲是不是自己的同類呢?它們根據(jù)對方的發(fā)光模式來確定其身分。以紅螢屬為例，雄蟲飛行時(shí)靠近地面，每6秒鐘發(fā)一次光，發(fā)光時(shí)間持續(xù)約半秒鐘，發(fā)光時(shí)以“J”字型向上飛行。地面上的雌蟲看到了雄蟲的求偶舞蹈，如果中意，就會在兩秒鐘后發(fā)出持續(xù)時(shí)間約半秒鐘的閃光作為回應(yīng)。不同種類的螢火蟲的發(fā)光模式不同，有的每2-3秒鐘發(fā)出持續(xù)時(shí)間長達(dá)2-3秒鐘的光，有的每3-4秒鐘快速閃光3次，有的則類似于莫爾斯電碼中的“點(diǎn)一劃”結(jié)構(gòu)，先快速閃光1次，然后是1次持續(xù)時(shí)間較長的閃光。

如果讀懂了螢火蟲的發(fā)光密碼，你就可以用筆形手電筒模擬某種雄蟲發(fā)光，或許你還能將那個種類的雌蟲吸引來和你“對話”。

生育競賽

螢火蟲的成蟲期只占其生命周期的很小一部分，比如北美螢火蟲的成蟲期大多只有數(shù)周。因此，一到成年，螢火蟲就會不失時(shí)機(jī)地展開生育競賽。

當(dāng)雌蟲將卵產(chǎn)在潮濕土壤或苔蘚里時(shí)，新生命的生命周期便宣告開始了。大約兩周后，卵開始孵化，幼蟲瞬間便破殼而出。螢火蟲幼蟲生活在地下或雜草中，以蚯蚓、蝸牛、蛞蝓和軟體昆蟲幼蟲為食。螢火蟲幼蟲有一種特殊的進(jìn)食本領(lǐng)：咬住蝸牛，用上腭向蝸牛體內(nèi)注射一種類似麻醉劑的液體，這種液體能使蝸牛癱瘓，并讓其肉變得軟爛，然后它再鉆進(jìn)去吞食。

在美國北部地區(qū)，螢火蟲的幼蟲期為l到3年，而在南部地區(qū)，幼蟲孵化后只需數(shù)月便進(jìn)入成年期。幼蟲在拱形的地下巢室里化蛹，數(shù)周后便成形。化蛹季節(jié)大多在晚春時(shí)節(jié)。

一旦進(jìn)入成年期，螢火蟲的生育競賽便開始了。大部分紅螢屬螢火蟲在進(jìn)人成年期后便不再進(jìn)食，而將整個成年期都投入到生育競賽中去。隨著黃昏來臨，雄蟲騰空而起，在離草1～2米的空中緩緩飛行，并通過有規(guī)律的閃光來宣布自己的求偶之意。雌蟲大多不會飛行，只在低矮的草葉上用閃光回應(yīng)雄蟲。看到雌蟲的回應(yīng)信號后，雄蟲立刻從空中降落到草葉上，一邊繼續(xù)發(fā)信號一邊尋找“意中人”。它們之間的“對話”往往要持續(xù)一個小時(shí)以上。這種“對話”對其他雄蟲來說猶如磁鐵，它們紛至沓來，以至每次求偶飛行結(jié)束后，都可以發(fā)現(xiàn)有許多雄蟲在草葉上爬上爬下地尋找雌蟲。

發(fā)光之謎

科學(xué)家一直想弄明白螢火蟲精確的定時(shí)閃光是如何產(chǎn)生的。不久前，一個科學(xué)家小組詳細(xì)研究螢火蟲的發(fā)光原理，終于破解了其中的奧秘。

實(shí)際上，螢火蟲發(fā)光是一種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。螢火蟲的發(fā)光器由數(shù)千個發(fā)光細(xì)胞，以及反射層細(xì)胞、神經(jīng)與表皮等組成。在發(fā)光細(xì)胞中有兩種化學(xué)物質(zhì)：蟲熒光素和熒光素酶。在發(fā)光細(xì)胞四周還密密麻麻地排列著很多線粒體(線粒體相當(dāng)于能量工廠，消耗氧氣并為細(xì)胞提供能量)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，螢火蟲的神經(jīng)系統(tǒng)并不直接控制發(fā)光細(xì)胞，而是用神經(jīng)信號觸發(fā)發(fā)光細(xì)胞周圍的不發(fā)光細(xì)胞，啟動這些細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮。

一氧化氮具有十分重要的生物作用。在人體內(nèi)，一氧化氮控制血壓和陰莖勃起，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)和記憶能力。在螢火蟲的發(fā)光器內(nèi)，一氧化氮可以短暫地停止發(fā)光細(xì)胞周圍的線粒體的耗氧作用，讓氧氣深入發(fā)光細(xì)胞內(nèi)，促使蟲熒光素與熒光素酶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生光。簡單地說，一氧化氮關(guān)閉“發(fā)電廠”線粒體，點(diǎn)亮了螢火蟲的亮光。隨著一氧化氮的迅速消失和線粒體耗氧功能的恢復(fù)，螢火蟲的亮光也就隨之消失了。

螢火蟲的發(fā)光效率非常高，幾乎能將全部化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可見光，是現(xiàn)代電光源效率的幾倍到幾十倍。由于只有2％～10％的能量轉(zhuǎn)化為熱能，當(dāng)螢火蟲落在我們的手上時(shí)，我們不會被它們的光燙傷，螢火蟲發(fā)出的光也因此被稱為“冷光”。

難逃天敵

螢火蟲的發(fā)光信號美麗而迷人，但作為一種高清晰度信號，容易被食肉動物所截獲，從而使螢火蟲的求愛舞蹈成為一種極其危險(xiǎn)的活動。

為了保護(hù)自己，一些種類的螢火蟲進(jìn)化出了有毒化合物，其毒性非常大，能有效地嚇阻蜘蛛、鳥、蜥蜴和螞蟻等食肉動物。這些螢火蟲的閃光信號含有警告意義，相當(dāng)于在說：“我有毒，別吃我!”

然而，即使受到有毒化學(xué)物質(zhì)的保護(hù)，有時(shí)螢火蟲也難逃天敵的捕食，尤其是那些個頭比它們大、飛得比它們快的其他種類的螢火蟲的捕食。

扁螢屬雌螢火蟲，被稱為昆蟲世界中“最狡猾的女巫”。這是一種高度特化的掠食動物，喜歡躲在暗處偷窺紅螢屬螢火蟲的求偶舞蹈，然后模仿紅螢屬雌蟲向雄蟲發(fā)射回應(yīng)信號，而這種足以亂真的信號常常誘使求偶心切的紅螢屬雄蟲誤入它們早已布好的陷阱。

這一秘密是在上世紀(jì)60年代被昆蟲學(xué)家洛伊德發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，他用微型手電筒發(fā)光來模仿紅螢屬雄蟲的閃光信號——兩次間隔2秒的快閃，隔4～7秒再重復(fù)一次。很快，他便得到了閃光回應(yīng)。待他走近看時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)回應(yīng)者是一只個頭很大的扁螢屬雌蟲。洛伊德花了半個小時(shí)觀察這只雌蟲，發(fā)現(xiàn)它總共吸引了12只紅螢屬雄蟲的注意，最后有1只紅螢屬雄蟲在和它交換了幾次信號后落在它的身旁。十幾秒后，當(dāng)洛伊德再次打開手電筒時(shí)，發(fā)現(xiàn)扁螢屬雌蟲正在啃吃那只倒霉的紅螢屬雄蟲。

扁螢屬雌蟲非常貪婪，一只雌蟲在一個晚上就能吞食好幾只紅螢屬雄蟲，而且它們得到的不只是一頓營養(yǎng)豐富的美餐——扁螢屬螢火蟲自身并不產(chǎn)生防身毒素，但在吃了紅螢屬雄蟲后，后者體內(nèi)的毒素就轉(zhuǎn)移到它們的身上了。

人類威脅

除了自然天敵外，人類的活動，比如濫用殺蟲劑和城市擴(kuò)張，也對螢火蟲構(gòu)成威脅。很多種類的螢火蟲不喜遷徙，年復(fù)一年地在同一個棲息地聚集、交配，一旦該地區(qū)遭到破壞，別指望它們會遷到別處去。幾乎可以肯定，它們將遭到毀滅性的打擊。

在美國，一些醫(yī)藥公司為了獲取蟲熒光素和熒光素酶，出價(jià)購買螢火蟲，導(dǎo)致人們大肆捕捉螢火蟲。這是造成螢火蟲種群數(shù)量下降的另一個重要原因。

在日本，螢火蟲同樣面臨滅絕危險(xiǎn)。日本螢火蟲幼蟲棲居于水中，上世紀(jì)60年代的工業(yè)污染和城市擴(kuò)張破壞了河道，致使螢火蟲幼蟲的生存率直線下降。為了拯救這種可愛的小動物，許多社團(tuán)響應(yīng)政府號召，開始了螢火蟲棲息地的恢復(fù)工程，并取得了巨大的成功。現(xiàn)在，螢火蟲已經(jīng)成為日本環(huán)境保護(hù)的標(biāo)志。

光污染更是嚴(yán)重地威脅到螢火蟲的生存。螢火蟲的求偶信號只有在低光背景下才能被看到，但現(xiàn)在城市通宵達(dá)旦的明亮的燈光蓋過了螢火蟲微弱的求偶閃光，從而使它們的繁殖機(jī)會大大減少。

人類應(yīng)該反思：在享受現(xiàn)代科技帶來的種種便利時(shí)，我們是否想到了與我們共居于同一個地球的其他動物的需要，是否干擾了它們寧靜的生活，是否影響了它們的生存，我們是否應(yīng)該盡可能地采取一些補(bǔ)救措施將這些負(fù)面影響減少到最小。

相關(guān)鏈接：螢火蟲的性選擇

“性選擇”這個詞，是達(dá)爾文最早提出的，意指：在同一種類中。雄性成功吸引雌性的能力差異。根據(jù)達(dá)爾文的觀點(diǎn)，那些能戰(zhàn)勝競爭對手或能更有效吸引雌性的雄性將獲得生育優(yōu)勢。后來。生物學(xué)家進(jìn)一步認(rèn)識到，僅有交配行為并不足以保證雄性能生育成功，因?yàn)樵谠S多動物種類中，雌性往往會與多個雄性交配，雄性精子之間的競爭，雌性對雄性精子的選擇，都能讓雄性在其產(chǎn)生的后代數(shù)量上出現(xiàn)差異。

就螢火蟲來說。雄蟲能否生育成功不僅取決于其求偶能力。還取決于交配后讓其配偶卵子受精的能力。

研究發(fā)現(xiàn)：紅螢屬雄螢火蟲的閃光頻率越快。雌蟲的回應(yīng)信號就越頻繁，說明雌蟲通過評估雄蟲的閃光模式來選擇配偶。對雄蟲來說，雌蟲的回應(yīng)信號至關(guān)重要。雄蟲在求偶期間引來的雌蟲回應(yīng)信號越多。就越有可能交配成功。

一旦交配開始。螢火蟲的閃光“對話”就結(jié)束了。紅螢屬螢火蟲的交配時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)，如此長的交配活動使得雌雄蟲一晚上只能交配一次。交配活動長的一個重要原因是，雄蟲一直忙于給“新娘”贈送“結(jié)婚禮物”——一個形態(tài)優(yōu)美的螺旋狀精子包，也叫精囊，里面含有精子。

由于紅螢屬螢火蟲進(jìn)入成年期后不再進(jìn)食。雄蟲的“結(jié)婚禮物”就成為雌蟲重要的營養(yǎng)補(bǔ)充。尤其是卵子的發(fā)育完全依賴于雄蟲精囊提供的蛋白質(zhì)。與多只雄蟲交配的雌蟲在其一生中生育的后代。差不多是只與一只雄蟲交配的雌蟲的兩倍。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有些種類的雄蟲的求偶信號持續(xù)時(shí)間越長。其精囊個頭就越大，由此推斷，雄蟲的求偶閃光很可能是發(fā)給雌蟲的一種有意顯示其“結(jié)婚禮物”尺寸大小的信號。果真如此的話，那么雌蟲在挑選求偶對象時(shí)應(yīng)該會選擇那些閃光持續(xù)時(shí)間長的雄蟲，因?yàn)檫@樣能讓它們生育更多的后代。

不過，雄蟲的“結(jié)婚禮物”即使被雌蟲接受，也不能保證其基因就能夠成功傳播，因?yàn)榇葡x一般會與多只雄蟲進(jìn)行交配，雄蟲面臨著激烈的精子競爭。

性選擇理論認(rèn)為。雄性的精子相對較小，生產(chǎn)代價(jià)較低，它們只要有機(jī)會便會交配；雌性則相反，它們的卵子相對較大，生產(chǎn)成本也較高。它們選擇配偶比雄性挑剔得多。因此，為了得到雌蟲的青睞，雄蟲在求偶時(shí)往往爭得你死我活。而雌蟲只有在對雄蟲產(chǎn)生好感時(shí)才會向其發(fā)射回應(yīng)信號。不過。由于螢火蟲成年后不再進(jìn)食。雄蟲一生中產(chǎn)生的精囊數(shù)量非常有限，隨著精囊數(shù)量的減少，雄蟲在挑選配偶時(shí)會變得越來越挑剔。