為什麼電影裏“打羣架“都喜歡穿黑衣?

中科院之聲2019-03-20 12:18:20

圖片來自網絡


在很多電影中,總能看到各路“英雄”為了各種冠冕堂皇的理由打羣架,兩撥人聚集在車庫、巷道等地,這時候再下個瓢潑大雨,那效果就出來了。你發現沒,往往這個時候,總會有很多人穿上黑衣,這是為什麼呢?


小編百思不得其解,直到有一天,看到了蝗蟲這個小傢伙,腦洞一開,或許,他們是從蝗蟲的身上受到啟發了?


蝗蟲:“獨居”時穿綠衣,“抱團”時穿黑衣


蝗蟲,學名是飛蝗(Locusta migratoria),當蝗災發生時,人們總是用黑壓壓一片來形容蝗羣,因為這時候它們都穿着“黑衣”。不過,飛蝗“獨居”的時候可不是黑色的,而是穿着“綠衣”,就是我們小時候經常在草叢裏抓的可愛的綠色螞蚱了。


原來,飛蝗在散居和羣居個體之間表現出體色多型性,散居型飛蝗呈現均勻的綠色,羣居型飛蝗呈現黑色背板和棕色腹面。在飛蝗形成蝗羣時,也就是去“打羣架”的時候,才穿上了“黑衣”,這樣既可以使同種相互識別形成龐大的種羣,又可以對天敵發出警戒信號抵禦捕食。


綠色、黑色,蝗蟲的這兩種體色可以在野外根據密度變化實現互變。這種靈活的體色變化對蝗蟲的生存具有重要意義。


圖1 喜歡羣居的羣居蟲和喜歡獨居的散居蟲


而這種體色變化,也是蝗蟲們的防身策略。幾乎所有動物都具有一定的體色,動物通過變色來吸引配偶、警戒敵人、隱蔽自身。如戰場上的軍人採取“隱身”還是“亮劍”策略一樣,動物們也有不同的防身策略。


比如,生活在寒帶的雷鳥採取“隱身”策略,在白雪皚皚的冬天,體表的羽毛是純白色的,一到夏天就換上棕褐色的羽毛,與夏季苔原的斑駁色彩很相近,防止被敵害發現,同時便於捕食獵物,保護自身;而鮮豔奪目的體色對捕食者可以起到“亮劍”作用,很多無毒蛇具有像毒蛇一樣鮮豔的體色,可減少被捕食的風險。


那麼,對於蝗蟲們來説,它們是怎麼選擇“隱身”或者“亮劍”法的?


此前,許多科學家認為羣居型蝗蟲體色是黑色素的沉積,他們在蝗蟲中也發現了一些黑色素。但是,這些黑色素並不能響應種羣密度的變化,外源過量注射蟲子表現出通體發黑,沒有呈現黑色背板和棕色腹面的格局。而且這種黑色素注射到其他昆蟲或蝦、魚等動物身上都導致通體黑色。這説明,他們所發現的黑色素與密度制約的體色變化並無關係。


新研究:三原色配色形成羣居體色


散居蝗蟲穿的“綠衣”是由黃色和藍色素的組合形成,有助於在綠色植物背景中隱藏,使其免受捕食者的侵害。根據三原色配色原理,綠色+紅色=黑色,難不成,蝗蟲穿“黑衣”是因為加入了額外的紅色素?


近期,中國科學院動物研究所康樂研究員就提出了蝗蟲體色變化是否在散居蟲的綠色背景中加入了額外的紅色素後形成的假説。

 

三原色


他們發現,羣居和散居型蝗蟲中有一種叫“β胡蘿蔔素結合蛋白”(βCBP)起着關鍵色彩轉變的作用。羣居型蝗蟲和散居型蝗蟲βCBP表達差異巨大,而且隨着種羣密度越大,βCBP含量更高。隨着羣居型蝗蟲齡期增長,發現其逐漸加深的黑色與β胡蘿蔔素結合蛋白表達量直接相關,而散居型蝗蟲則保持不變。


或許可以這麼理解,蝗羣的規模越大,蝗蟲聚集在一起的時間越長,它們的體色更深、更黑。

    

圖2 β胡蘿蔔素結合蛋白表達量與齡期增長後逐漸加深的羣居型黑色體色直接相關


β胡蘿蔔素結合蛋白在體內能特異性綁定β-胡蘿蔔素(β-carotene)。他們發現羣居型蝗蟲的β-carotene含量高出散居型近三分之一的量,這表明β胡蘿蔔素結合蛋白和β-胡蘿蔔素與羣居型黑色體色直接相關。


當將散居蝗蟲飼餵β胡蘿蔔素後進行羣居飼養,體內β胡蘿蔔素結合蛋白水平顯著增加,幾乎一半蟲子體色由綠色轉變成黑色背板/棕色腹面,而其餘蟲子轉變為類似於羣居的體色。RNA干擾羣居型β胡蘿蔔素結合蛋白基因則產生體色由黑色轉變成綠色。這些變化與實驗室通過控制種羣密度所發現的體色變化表型是一致的。

 

圖3 羣居蟲RNA干擾β胡蘿蔔素結合蛋白後,體色由黑色轉變成綠色;散居蟲飼餵β胡蘿蔔素後體色由綠色轉變成黑色背板/棕色腹面的羣居體色


既然β胡蘿蔔素結合蛋白和β胡蘿蔔素形成複合物促使散居蟲的綠色變成羣居蟲的黑色,那這個複合物是什麼顏色?


他們進一步做了一個體外和體內的免疫學實驗,發現βCBP和胡蘿蔔素複合物確實是紅色的。説明在散居蟲綠色的基礎上,上調紅色複合物的量就變成了羣居蟲黑色體色。

 

圖4 β胡蘿蔔素結合蛋白和β胡蘿蔔素形成紅色複合物


康樂實驗室首次證明,飛蝗的黑色/棕色是由紅色的色素複合體所決定,而且這種體色變化是能夠響應種羣密度的改變。


羣居型蝗蟲黑色/棕色的體色讓它們無法隱藏,但是這種對比體色恰恰是一種典型的警戒色,可以避免天敵的捕食。散居型的綠色體色使他們更好地在植物中得到隱藏。因此,羣居型和散居型蝗蟲使用了不同的對策來實現自我的保護。


圖5 β-carotene結合蛋白攜帶紅色素調節飛蝗綠色和黑色體色之間的轉變


這項研究揭示了動物通過巧妙的利用物理的三原色配色,來形成羣居體色的一種適應性進化機制。這種體色適應的進化機制可能在其他昆蟲和動物中也存在。或許我們可以這麼推測,在自然界中,動物斑斕的體色都是三原色的組合實現的,動物可以利用配色原理實現很多種體色變化,這也符合生物進化的簡約和節能原則。


來源:中國科學院動物研究所


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