本文轉載自公眾號：企鵝科學
作者：宋秦平
大千世界，萬物博生。如果說動物是這世間躍動的星，那么種群龐大卻微小纖弱的昆蟲就是這顆星上最絢麗的光斑。
人們常說“大千世界無奇不有”，奇人奇事、奇花奇草，當然還有奇石和奇蟲。
GIF：一個令人生畏的“不動蛇頭”，王朝環(huán)蝴蝶蛹
大自然中，除了王朝環(huán)蝴蝶蛹酷似蛇頭，還有一種生物能模擬出可怕的蛇頭，而且這個“蛇頭”還會動！
當春夏的陽光將空氣暖熱，一種十分罕見的巨大“蝴蝶”悄悄然走進了人們的視野。見過的人無一不為之驚嘆，“好大的蝴蝶，好兇的蝶翼！”其實這種“蝴蝶”屬于蛾類，學名為烏桕（jiù）大蠶蛾，俗名皇蛾，是世界上最大的蛾類，翅展可達180-210毫米。它最大的奇特之處在于兩前翅翅尖部位酷似蛇頭的彩色斑紋?？梢韵胂?，當它若隱若現地停落在林葉花叢之中時，這對蛇頭似的前翅足以將捕食者嚇退。
烏桕大蠶蛾與人類的手掌對比，作者：Maghdp
不知您是否好奇，這對兒蛇頭似的蝶翼究竟是怎么長來的。想要弄清這個問題，就不得不不先來說說昆蟲們的擬態(tài)。
生物擬態(tài)——烏桕大蠶蛾的傍身之技
英國自然學家Bates在1862年第一次提出了擬態(tài)理論，用以解釋南美大陸一些隸屬于不同科的蝴蝶外形極其相似的現象。也是從這一時期起，昆蟲擬態(tài)逐漸成為了一個新的研究方向。
擬態(tài)，即一種生物模擬另一種生物或環(huán)境中的其他物體從而獲得好處的現象。數量龐大的昆蟲在一代又一代的生命輪回中，逐漸成為了擁有擬態(tài)能力物種中的佼佼者。譬如我們今天要說的主角——烏桕大蠶蛾。
別看烏桕大蠶蛾個頭很大，但它的一生卻十分短暫。從成卵到死亡只有大概兩三個月的時間，而在這期間最脆弱的時期即不是幼蟲，也不是蛹，而是成蟲。
雌蟲將細小的生命產在樹葉背后或是枝條下方，待到大約兩個星期以后，卵內的幼蟲就會破殼而出，而這時的它看似柔弱，卻是一生中最無憂的時候，也是胃口最好的時候。造物主為它們披上了一層可以將自己隱沒在林葉間的綠色環(huán)紋，而它背上還生有肌質角刺。雖然防御能力并不強，也不具有攻擊型，但靠著綠色的外衣，它可以無憂無慮地游走在林葉之中，每天藏在喜歡的嫩葉間開心地吃吃吃。
烏桕大蠶蛾的幼蟲，作者：Steven G.Johnson
當它長到大概11.5厘米長的時候，吃貨之旅也進入了尾聲。它們會精心為自己打造一個長得像干樹葉似的的繭，然后用一根細絲將之固定在樹枝或落葉間。因為這個時候它們只能睡在自己的小窩里，所以盡可能的偽裝是造物主唯一能幫助它們的事情了。
烏桕大蠶蛾的蛹，作者：Max Burger
大概睡了一個月后，它們就開始陸續(xù)破繭，展開美麗的雙翼，翩然起舞了。也許您會說，有了翅膀可以自由飛翔的它們，此時才應該是最強大的時期。然而事實卻是，這個時候的它們，在為下一代不停奔波的同時，也失去了進食的能力。
它們的口部器官會在成蟲后脫落，也因此再無法進食，維系生命的能量只剩下幼蟲時期積累在體內的脂肪。雖然很餓，但它們實在太忙了。在其它蝶類游刃有余地進化出美麗翅膀的時候，它們選擇了更加務實的擬態(tài)裝飾。巨大的蝶翼很難輕巧地掩藏在林葉之間，于是，它們用蛇頭似的花紋將自己偽裝成了兇猛的捕食者。這樣一來，它們就可以傾盡所有去為下一代忙碌了。
蝶翅輕舞，它們?yōu)榱朔N族的繁衍不停地尋找著意中人，尋找著孩子們能夠安全落腳的地方，在大概一兩個星期后便燃盡了所有，生命絢爛的禮花也在這一刻落下帷幕，而新生的小烏桕大蠶蛾也會在不久的將來，再次破繭成蝶，漫舞花間。
破繭的瞬間，作者：Sachin Palkar
蛇頭花紋緣何而起？隨機突變造就多彩性狀
大自然究竟是如何造就了如此奇妙的物種？ 1859年，英國的著名生物學家達爾文出版了震驚世界的《物種起源》一書，在這本書中，他詳細地論述了“自然選擇”理論，從過度繁殖、生存競爭、遺傳變異和適者生存這幾方面為人們展現了一條神奇的生命進化之路。
在這里我們也找到了昆蟲擬態(tài)的緣由，物競天擇，縱然沒有力量去對抗天敵，弱小的昆蟲們選擇了偽裝自己，迷惑敵人，為自己在生命進化之路上博得了一席之地。
常見的擬態(tài)可以分為廣義擬態(tài)，包括警戒色、隱蔽和狹義擬態(tài)，狹義擬態(tài)則專指行為擬態(tài)。現有的化石證據表明，昆蟲警戒色最早可追溯到距今約3.55億年前的石炭紀時代。隱蔽擬態(tài)也可追溯到古生代，多為深色或為淺色（或透明體色）上點綴深色斑點，用以在環(huán)境中隱蔽身形。部分原直翅目昆蟲的前翅上已經出現了最原始的眼斑。
古代昆蟲化石中的眼斑特征
眼斑擬態(tài)被認為是晝行性昆蟲的一種很重要的反捕食策略，因為對于脊椎動物來講，眼對眼的對視具有很強的威懾力。直至今日，眼斑仍是昆蟲尤其是鱗翅目的蝶類、蛾類們的重要自我防護措施。
多種動物的身體都帶有眼斑特征
但對于烏桕大蠶蛾來說，它們既沒有選擇隱蔽擬態(tài)，也沒有選擇震懾性的眼斑擬態(tài)，而是擬態(tài)為了蛇類。這又是何樣的契機造成的呢？
也許您會說，巨大的體型使得他們很容易成為鳥兒、蜥蜴、蛙類的獵物，可能是瞧見了嚇走鳥兒的毒蛇，又或許是目睹了生吞青蛙的小蟒，于是它們嘗試用蛇頭花紋來幫助自己躲避天敵。但事實上，這種蛇頭狀的擬態(tài)極大可能是隨機突變經由一代代的自然選擇固定下來的。
我們都知道，蝴蝶和蛾類等鱗翅目昆蟲的翅膀是由細小的鱗片緊密排列而成，而這種鱗片是特化后的剛毛，扁平而富含色素，一片蝶翼上可附著上百萬枚這樣的彩色鱗片?？刂扑鼈兣帕谐龈鞣N圖案的便是基因。
對于個體來講，雖然所有細胞都有一套相同的基因組，但在細胞間相互傳遞和反饋信息、并根據反饋結果選擇性地進行表達這一過程中，一點細微的變化就足以產生不同的結果。正所謂世上沒有兩片完全相同的樹葉，基因的選擇性表達導致了同一物種內個體間的差異。對于鱗翅目的昆蟲來說，便是不同的花紋。
蛺蝶翅膀花紋的變化充滿隨機性
日本Takao K Suzuki等學者從形態(tài)學的角度對枯葉蝶枯葉狀擬態(tài)的演化進行了研究。他們認為枯葉蝶的擬態(tài)是具有隨機性的，而非目的性的朝向葉片而進化。論文中的這張圖為我們展現了同一地區(qū)不同蛺蝶翅膀花紋的演化之路。
同一地區(qū)不同蛺蝶翅膀花紋的演化族譜
從中我們可以看到，這些蛺蝶的翅膀圖案其實是很相似的（研究者對每只蝴蝶的右側翅膀進行了區(qū)域劃分），它們從同一祖先慢慢演化出了各自的形態(tài)，形成了不同的族群，而枯葉蝶只是其中一個族群中的一個種。
枯葉蝶
蛺蝶四個不同的祖先節(jié)點狀態(tài)
蛇頭花紋因何而定？自然選擇保留有利性狀
和枯葉蝶一樣，烏桕大蠶蛾也有著自己龐大的族譜。在最初，它的祖先們選擇了各種各樣的花紋來保護自己。然而自然的選擇對基因來說是十分敏銳的，因為基因層面的細小變化足以引起花紋圖案層面的顯著變化，這同時大幅度提高了自然選擇的進程。最著名的例子便是英國的樺尺蠖[huò]。
19世紀前，樺尺蠖將自己擬態(tài)為樺樹皮狀的灰白色以逃避天敵捕食，但隨著工業(yè)革命的發(fā)展，煤煙污染日益嚴重。英國出現了大片被煤灰染色的樺樹，灰白色的樺尺蠖再也無法將自己掩藏在環(huán)境之中，大量被鳥類捕食。而突變?yōu)楹谏臉宄唧秴s因此獲得了一線生機，從1848年人類第一次記錄到黑色樺尺蠖之后的不到1個世紀，黑色成為了它們的主流色。
黑白樺尺蠖
實驗表明，單獨將白色樺尺蠖放入黑暗環(huán)境并不會造成樺尺蠖后代變黑。只有在加入黑色樺尺蠖并不斷殺死白色個體后才能在若干代后讓黑色成為種群的主流色。ArjenE. van’t Hof等學者從基因角度對兩種顏色的樺尺蠖進行了研究，結果表明造成這一切的正是一段被插入的重復基因序列。而這種情況在所有真核生物的基因組中都會頻繁發(fā)生。這也進一步說明了隨機突變和自然選擇才是真正造成種群擬態(tài)變化的主因。
也許您會問，生物擬態(tài)如此之多，如果只依靠隨機突變和自然選擇來解釋這些“機緣巧合”，會不會太牽強了？就如常見的蛾子、竹節(jié)蟲、螞蚱，擬態(tài)在昆蟲界可以說是無處不在，無蟲不用，這么普遍的技能，大自然真的可以全部幫他們篩選完成嗎？
核桃美舟蛾
的確，達爾文的“自然選擇”理論為我們打開了進化論的大門。但隨著科學技術的不斷發(fā)展，生物演化方面的相關研究也在不斷深入。眾多學者已證實，“物競天擇”很可能只是大自然法則的一部分。
在學術界百家爭鳴的今天，關于物種的形成出現了很多新的推測，隨著更多化石的發(fā)現、基因研究成果的發(fā)表，人類也漸漸觸及到了大自然的神秘面紗。現在，更多的人傾向于基因變異和對外界的應激反應、個體的生存方式與個體間相互作用，種間相互作用等因素的共同作用導致了最終的物種演化。
蘭花螳螂
竹節(jié)蟲
漫漫時間長河，各種各樣的即存因素、偶然因素都會影響物種的變化，而物種的變化也會反過來作用于環(huán)境、作用于其他種群，而在這之后產生的變化可能又會影響到該物種。
生命不息，時間無止
物種進化一直是科學界重點研究的課題，人類也時?；孟胛磥碜约旱哪?？如果以2000萬年為時間段，如果人類那時還在地球生存，會長成什么樣子呢？
近日，幾位日本的科學家在接受媒體采訪的時候，提出了他們猜想的未來人類的模樣，著實讓我們大吃一驚。
科學家想象的2000萬年后的地球人模樣
科學推論認為2000萬年后的人類已經適應了宇宙各個角落的生活。在這樣的情況下，人類將不需要更進一步的演化，人體會變得越來越圓潤，最終形成這樣的球形。球形的身體，重心很穩(wěn)定，因此不需要太長的腿。不過，我們需要更強的抓地力，所以腳趾會變長……
未來的事情還沒有發(fā)生，我們無法確定這種推測就是錯誤的。從科學的角度來說，我們不能僅僅因為滑稽就否認這種猜測。
對于生物的起源、演化，您又是是怎么看的呢？
參考文獻
同翅目古蟬科多點馬氏古蟬化石
Wang Y, Ren D, 2006. Middle Jurassicpseudocossus fossils from DaoHugou, inner Mongolia in China(Homoptera, pAlaeontinidae). Acta Zootaxonomica Sinica, 31(2): 289-293.
脈翅目多脈麗褐蛉翅化石
Ren D, Oswald JD,2002. A newgenus of kalligrammatid lacewings from the Middle Jurassic of China(Neuroptera: Kalligrammatidae). Acta Zootaronomica Sinica, 21:461-480.
蝴蝶
Suzuki T K ,Tomita S , Sezutsu H . Gradual and contingent evolutionary emergence of leafmimicry in butterfly wing patterns[J]. BMC Evolutionary Biology, 2014,14(1):229.
基因
Arjen E. van’tHof, Campagne P , Rigden D J , et al. The industrial melanism mutation inBritish peppered moths is a transposable element[J]. Nature.
Nadeau N J ,Pardo-Diaz C , Whibley A , et al. The gene cortex controls mimicry and crypsisin butterflies and moths[J]. Nature, 2016, 534(7605):106-110.
擬態(tài)介紹：
真問真答：進化論如何解釋生物的擬態(tài)
作者：宋秦平 名古屋大學環(huán)境學院博士二年級
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