近日,湖南常德沅江流域“下雪”了,沅水大橋竟然出現(xiàn)了十厘米厚的“積雪”!橋上車輛因路面打滑失控引發(fā)車禍,導致大橋交通擁堵。
細看這“雪”,竟是由無數(shù)小蟲子組成。密密麻麻的蟲子們還在不停扭動身體,令人頭皮發(fā)麻。
原來這些蟲子正是古詩詞中經(jīng)常出現(xiàn)的“蜉蝣”。“蜉蝣朝生而暮死”和“寄蜉蝣于天地”,說的都是它。
這九月飛雪不是天氣異變,而是一場蜉蝣集體出現(xiàn)并交配所造成的浩大奇觀,科學家把這種習性稱為“婚飛”。
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蜉蝣婚飛
短暫生命綻放的瞬間
蜉蝣是一類水生昆蟲,幼年時期在水中度過,成年后在水面活動。
平常,蜉蝣的身影難以一見。但到了特定時候,蜉蝣們就會一同從水中羽化出現(xiàn)。它們就跟商量好了一樣,一起在水上翩翩飛舞,形成遮天蔽日的龐大種群。
有生態(tài)學家認為,蜉蝣這種周期性大規(guī)模出現(xiàn)的規(guī)律是一種特殊的演化策略,通過群體的掩護來降低個體被獵殺的可能性。
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羽化后的蜉蝣成蟲壽命非常短,大多數(shù)種類的成蟲期僅能維持一到兩天,因此古人常用蜉蝣來感嘆時光易逝。
最短命的蜉蝣是一種無爪蜉(Dolania americana),其成蟲存活時間僅有不到 5 分鐘。在這極為有限的時間里,蜉蝣成蟲要盡快完成自己的交配使命。除了交配,其他事情都顯得次要。
蜉蝣成蟲的形態(tài)也在朝著高效繁衍的方向發(fā)生變化。它們的口器已經(jīng)發(fā)生退化,失去了進食的功能。一些種類的雄性還有發(fā)達強健的復眼和前足,用來準確尋找和抓握雌性。
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在集體婚飛完成交配后,雄性蜉蝣完成了任務便會率先死去。而雌性蜉蝣還吊著最后一口氣,它們在生命終結前還有最后一件事要做。雌性蜉蝣會在水面附近盤旋,尋找合適的產(chǎn)卵位置,將后代產(chǎn)入水中隨即死去。
至此,這一代蜉蝣短暫的成蟲期結束。水中的卵將孵化成稚蟲,延續(xù)下一代的故事。經(jīng)過長達一年至數(shù)年的生長發(fā)育,下一代蜉蝣便會浮出水面變?yōu)槌上x,再次上演婚飛大戲。
婚飛既是蜉蝣生命的終點也是起點,千萬年來這樣的輪回周而復始。
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蜉蝣婚飛擾人
但對環(huán)境益處不小
當蜉蝣的婚飛規(guī)模過大時會造成生活不便,比如這次湖南沅水大橋的車禍。但蜉蝣婚飛對大自然來說,卻是一件有著兩大益處的好事。
1.蜉蝣作為食物鏈的一環(huán)滋養(yǎng)著多種動物
幼年時期的蜉蝣在水里以腐殖質(zhì)和藻類植物為食,是河流生態(tài)系統(tǒng)中的初級消費者。諸多魚類鳥類又以蜉蝣為食,河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量得以向更高級流動。
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2.蜉蝣出沒往往代表著水質(zhì)良好
水質(zhì)監(jiān)測時不僅要測量 pH、溶解氧等理化參數(shù),還會用到蜉蝣相關的生物指標——EPT 指數(shù)。
EPT指數(shù)的名字,來源于三類昆蟲的英文名:E=Ephemeroptera(蜉蝣所屬的蜉蝣目)、P=Plecoptera(石蠅所屬的襀翅目)和T=Trichoptera(石蛾所屬的毛翅目)。
以蜉蝣為首的這三類水生昆蟲都生活在清澈潔凈的水流中,且耐污能力差,所以它們數(shù)量多意味著水質(zhì)好。
圖片來源:作者漢化自參考資料 Lenat,1988
蜉蝣雖小,益處頗多
蜉蝣婚飛的特殊現(xiàn)象,給人類帶來的也并非只有不便。有科學家受這種現(xiàn)象的啟迪,開發(fā)出一套名為“蜉蝣算法”的群智能優(yōu)化算法。
這套算法聚焦于雄性及雌性蜉蝣的移動策略以及它們交配的過程,其中雄性基于經(jīng)驗和相鄰個體調(diào)整位置,雌性則會被“最優(yōu)雄性”吸引。
在每次迭代過程中,蜉蝣算法還會基于位置變更和交配產(chǎn)生后代蜉蝣的情況來重新計算適應度。該算法被應用于優(yōu)化問題求解,在解決復雜問題時表現(xiàn)出色。蜉蝣算法的相關研究方興未艾。
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除了算法,人們還利用蜉蝣還開發(fā)了一種休閑娛樂活動的玩法。
釣魚的人估計聽過,甚至用過一種特殊的“飛蠅釣”。飛蠅釣是指用模擬蜉蝣等水生昆蟲的仿生誘餌,來誘騙一些特定的捕食性魚類上鉤。
蜉蝣形狀的飛蠅誘餌對鱒魚最為有效,可謂釣鱒魚必備。為了更好地欺騙虹鱒魚,蜉蝣飛蠅釣餌的細節(jié)非常講究,甚至還原了蜉蝣腹部的尾須結構。形態(tài)如此逼真的釣餌,再配合上釣手的拽線動作,哪條鱒魚看了不迷糊。
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蜉蝣不僅是魚類鳥類的獵物,人類也將它們視為美食。
昆蟲吃起來高蛋白嘎嘣脆已經(jīng)不是啥新鮮事了,西南地區(qū)炸竹蟲和東北地區(qū)烤蠶蛹都遠近聞名。
全世界共有 19 種蜉蝣走上了人類的餐桌,吃蜉蝣的地方主要是馬達加斯加、巴布亞新幾內(nèi)亞和印度尼西亞等十個國家。
人類烹制蜉蝣的方法,還挺豐富多樣。有將蜉蝣曬干后裹上面粉,制成面糊再做成餅干的。有用香蕉葉包住一坨蜉蝣后,扔到火坑里煨熟的。
鱒魚:“誰跟我搶吃的?!”圖片來源:thefield.co.uk
蜉蝣婚飛擾亂人類生活
解決之道在于燈光
蜉蝣婚飛再壯觀好看,蜉蝣再有益水質(zhì),還是得解決蟲群影響居民生活的問題。
有關蜉蝣趨光性的研究,或許能提供一些解決思路。
圖片來源:arrowexterminators.com
某些特定波長的燈光對蜉蝣有顯著吸引力,比如波長較短的藍光和綠光。在橋梁上游放置藍綠燈光設備,可能會使蜉蝣定向聚集,相對遠離橋梁。
除了波長,蜉蝣還對白光 LED 燈的色溫表現(xiàn)出明顯趨性。蜉蝣更喜歡 4800K 高色溫,而討厭 2200K 低色溫。將橋梁照明設施替換為低色溫 LED 光源,或許也是個不錯的辦法。
兩種 LED 燈吸引蜉蝣能力對比(左:高色溫;右:低色溫)
或許在未來,改良光照設備能夠降低蜉蝣婚飛對人類生活的影響。那時,河流上忙活的蜉蝣們可以繼續(xù)行使生命的輪回。橋梁上忙碌的人類們,也可以安全通行,奔赴目的地。二者互不相擾,和諧共存。
為解決蜉蝣婚飛問題進行的燈光優(yōu)化實驗 圖片來源:參考資料2017
參考文獻
[1]Durmus D, Wang J, Good S, et al. The Effect of Electric Bridge Lighting at Night on Mayfly Activity. Energies, 2021, 14(10): 2934.
[2]Egri A, Száz D, Farkas A, et al. Method to improve the survival of night-swarming mayflies near bridges in areas of distracting light pollution. Royal Society Open Science, 2017, 4(11): 1-9.
[3]Feng Y, Chen X, Zhao M, et al. Edible insects in China: Utilization and prospects. Insect Science. 2018, 25(2): 184-198.
[4]Jacobus L, Macadam C, Sartori M. Mayflies (Ephemeroptera) and Their Contributions to Ecosystem Services. Insects, 2019, 10(170): 1-26.
[5]Lenat, D. Water Quality Assessment of Streams Using a Qualitative Collection Method for Benthic Macroinvertebrates. Journal of the North American Benthological Society, 1988, 7: 222-233.
[6]Miyatake T, Suge T, Suzaki S, et al. Swarming and mating behavior in Ephemera orientalis Mclachlan, 1875 (Ephemeroptera: Ephemeridae) with morphological analyses. Journal of Asia-Pacific Entomology, 2021, 24: 376-382.
[7]趙文丹,韓雪. 蜉蝣算法在供應鏈庫存優(yōu)化中的應用. 科學技術與工程. 2024, 24(01): 274-280.
[8]https://en.wikipedia.org/wiki/Mayfly
策劃制作
作者丨葛應強 北京林業(yè)大學野生動植物保護與利用 碩士
審核丨殷海生 中科院上海昆蟲博物館 研究員級高級工程師
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責編丨何通
審校丨徐來、林林