成年后就不再吃饭，它们活下去的方法是自我截肢
图片来源：Pixabay
原作 Ed Yong
翻译 阿金
编辑 魏潇
2016 年 10 月，约翰·图希尔（John Tuthill）正徒步翻越地势险恶的山口，他看到有什么东西在快速跑动。当时他身处美国华盛顿州高山湖泊荒野（Alpine Lakes Wilderness）海拔约 2438 米的地方，头顶着狂风，气温低于零度。虽然他和徒步伙伴们一开始认为自己踏出了一条属于自己的道路，但很快就注意到有一群小小的棕色斑点也在洁白的雪地上快速移动。图希尔凑近细看，惊讶地发现这些小点是昆虫，它们生存于昆虫不应该能活下来的环境中，而且活蹦乱跳。
来源：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.29.541388v1
作为研究果蝇的神经科学家，图希尔知道当昆虫在太过寒冷时神经系统会停转，因此，即便某个物种能够忍受零下温度，它们往往通过进入休眠状态来应对。然而，这里的昆虫却在四处奔跑，完全是对生物学和物理学的蔑视。“这虫子让我大吃一惊。”图希尔告诉我。这也是他开始研究雪大蚊（Chionea）的原因。
雪大蚊是一种鲜为人知的昆虫，历史上鲜少有科学家涉猎。它们没有翅膀，只能像蜘蛛一样跑动。它们能够在如此寒冷的环境中快速移动，是大部分昆虫无法做到的。身为神经学家的图希尔告诉我，他经常让果蝇体温降低至零下 2 摄氏度，麻痹它们，动弹不得。但是，雪大蚊的体温哪怕降至零下 7 摄氏度，它们照样跑得欢。实际上，它们偏爱接近冰点的温度，如果把它们握在掌心，它们会烦躁不安，但如果放进冰箱里，它们能惬意享受寒冷。
我们对雪大蚊知之甚少，部分原因是科学家是滑雪高手或登山专家才能采集到这种昆虫的样本。2019 年，图希尔曾尝试鼓励公众帮忙在山里抓雪大蚊，并寄送给他，但尝试的人很少，其中大部分人误把蜘蛛当雪大蚊寄给了他。他和团队不得不亲自收集研究对象，他本人倒不介意上山捕虫。“凑巧的是，人和虫子对怎样的好天气适合野外滑雪意见一致。”当阳光照耀在几厘米厚的新鲜粉状积雪上时，也正是雪大蚊最活跃的时候，图希尔这么跟我说。“我实验室的人曾尝试实验室培养雪大蚊，但我个人不希望这么做，因为每次天气好的时候，我会取消会议，大家一起出去抓雪大蚊。”
通过研究捉捕到的昆虫，图希尔的同事多米尼克·格尔顿（Dominic Golding）发现了雪大蚊应对零下生活的最大威胁——冰的方法。一旦昆虫体内的体液开始结冰，开始扩散的冰晶很快就能杀死它们。不过，当这一致命过程刚开始发生的时候，雪大蚊就会立刻感知到，然后截断自己的肢体以阻止该过程。格尔顿使用热成像仪，拍摄下了许多片段：在冰开始沿着雪大蚊腿向上结晶的数秒内，它的腿会立刻自动脱落。
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它们的近亲——身形修长、飞行缓慢的大蚊（Tipulidae）在被天敌抓到的时候，也使用同样的逃脱策略。它们使用能感知到拉扯动作的神经元来应对。图希尔认为，雪大蚊采用了同样的防御反射机制，只是将神经元调控应用于温度感知。这些神经元能感知到冰晶形成之初发生的微小热爆，从而触发肌肉收缩，截掉冻住的腿。可以说，这样的策略突破传统。加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia）的动物学家卡蒂·马歇尔（Katie Marshall）告诉我说，适应寒冷生存环境的动物们要么在血液中生成能阻止冰晶形成的“防冻剂”，要么让冰晶在体内形成，忍耐着与之共存。而雪大蚊二者都不选，它们的解决方案独辟蹊径：自我截肢。这很抓马，但很成功。在野外，图希尔已经看到过许多三条腿的雪大蚊，仍能以不错的速度移动。
再考虑到它们的神经系统根本不运作，这种移动速度更是让人印象深刻。为了放电，神经元必须向外泵送带电离子通过细胞膜。之后再打开微小的门控通道，让这些离子再进入。但随着温度的下降，泵送速度会慢下来，门控通道不再打开，神经元停止放电。因此，雪大蚊必须掌控让神经元克服热限制的适应能力，但图希尔还不知道它们具体是如何做到的。他说，与其他昆虫比较，雪大蚊并不是真正的耐寒生物。它们的超能力只是能保持活跃直到真正冻死的那一刻。
成年雪大蚊从不进食，它们在雪原上狂奔的目的是寻找配偶。当两只雪大蚊相遇之后，它们立刻展开大胆的交配行为：在一片白色背景中非常显眼，完全暴露于天敌。尽管如此，它们仍“以雪地为景，进行三十分钟甚至更久的交配”，图希尔如此写道。尽管生活在极端环境中的动物们常被赞誉为极限忍耐冠军，但图希尔仍想知道雪大蚊是否真具备这样的能力。“如果你的蜕变恰逢其时，又正好是一夜大雪后的晴朗天气，此时你还遇上了真爱……天时地利‘蚊’和，就是幸福。”他这么告诉我。
但这种幸福可能转瞬即逝。未来 20 年内，华盛顿冬天结束时的雪量可能只能达到上世纪的一半。到 2080 年，则会减少 70%。雪大蚊可能被迫向更高纬度迁徙，“到了某一时刻，它们会消失于群山之间。”马歇尔跟我说。大部分人不会注意到它们的消失，更不会有人从一开始就注意到它们的存在。然而，失去雪大蚊仍意味着失去了证明生命韧性的绝佳实例。通过我们难以理解的适应方式，它们在最不可能存活的环境中艰辛维生，与困难抗争，直至最终灭亡。
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