蝴蝶還記得自己還是毛毛蟲時的事嗎?

蝴蝶還記得自己還是毛毛蟲時的事嗎?

隨著年齡的增長,我們會變得越來越懷舊,還好我們有一個不錯的大腦,讓我們記住了這些事。

更幸運的是,我們身邊有一大堆親人朋友,以及錄影和照片來幫助他們重新喚起那些美好的記憶。

然而在昆蟲的世界裡,比如一隻蝴蝶,它沒有親人朋友,而且它從卵到成蟲經歷了一段和我們完全不一樣的發育過程,它能記住自己的往事嗎?

關於變態發育

一隻漂亮的蝴蝶必須有一條令人反感的毛毛蟲蛻變而來,這個過程被稱為變態發育!

在生物學上,變態發育是指個體生命週期中,從幼體階段到成體階段,在形狀、結構或兩者同時發生的令人印象深刻的轉變。

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有些變態發育的例子比較微弱,比如海星。它們的對稱性發生了變化,從幼體的兩側對稱轉變為成體的放射狀對稱。

雖然,海星的幼年期和成體期有幾個不同的變化,但總的來說,它們還是出生時的水生生物。

然而,有些動物經歷了更加戲劇性的變化,幾乎無法從幼體形態識別出來,我們甚至要用兩不同名字來區分它們。

比如青蛙,幼年期被稱作蝌蚪,而它最終成體後被稱作青蛙,從幼體的水生到成體的半水生,青蛙完全變了樣。

當我們談論蛻變的時候,往往想到的是那些在變態發育過程中長出翅膀的生物,這也是最有趣的變態發育。

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圖為:蛻皮激素和保幼激素控制變態發育

昆蟲的蛻變

從出生開始,每一條毛毛蟲就註定要變成蝴蝶,它的器官也知道這一點,因為這些毛毛蟲都有一組稱為“器官芽”的細胞,這些細胞已經被配置成像翅膀、觸角、生殖器和腿這樣的成蟲結構。

然而,在幼年期,毛毛蟲產生了大量的保幼激素阻止了這些細胞的過早地發育,毛毛蟲的任務就是覓食。

在進食的過程中,為了達到一定的體型,它的肌肉、內臟和其他內部器官會得到發育。即便如此,在這段時間內,“器官芽”仍處於抑制狀態,不活躍。

當毛毛蟲長到一定的尺寸時(不同種類的毛毛蟲有不同的尺寸),它體內的保幼激素濃度就會降低,而蛻皮激素在這個階段爆發促使毛毛蟲離開了幼蟲階段。

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毛毛蟲蛻皮,露出堅硬的外殼(即繭)。蝶的器官芽”細胞與蝶蛹的發育過程是同步的,並逐漸發育成為蝶的特徵。

當體內沒有保幼激素時,蛻皮激素就會再次釋放,從而促使一隻美麗的蝴蝶破繭而出。蝴蝶的任務交配併產卵,從而繼續它的生命週期。

但是,在繭裡面都發生了什麼呢?毛毛蟲的腦組織能在這個過程中一直存活嗎?

繭裡的故事

很長一段時間以來,科學家們認為毛毛蟲在繭裡變成了又肥又軟的糊狀物,然後再變成蝴蝶。

人們相信,一些能夠分解組織的酶(比如半胱天冬酶)被釋放出來,溶解了毛蟲的組織,特別是肌肉和腸道細胞,而蝴蝶不需要這些細胞。

由於蝴蝶只需要生存到交配階段,所以腸道的大小和結構就變得可有可無。另外,一些新的肌肉細胞產生來支援從爬行到飛行的轉變。

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然而,與之前的觀點相反,蝴蝶並沒有被完全改造,而是被看作是一種重塑的毛毛蟲。CT成像顯示,一些關鍵結構保持相對不變,一些進行了調整和排除,以使新機體更高效。

例如,昆蟲呼吸時所透過的氣管是不受影響的,因為它們是呼吸所必需的。這些呼吸管會變大,為身體提供更多的氧氣,因為飛行比行走消耗更多的能量。

然而,當涉及到大腦時,情況就變得更加複雜了。大腦是由許多不同的部分組成的,因此很難確定哪些部分在繭中發生了改變。

一項研究透過直接驚嚇一些毛毛蟲來證明它還能保持記憶力。該研究透過訓練菸草天蛾幼蟲,讓它們厭惡和避開酒精的氣味。(只要它們聞到這種氣味,就會受到輕微的電擊。)

研究人員隨後將毛毛蟲放在一個Y形管的底部,Y形管的一邊管道里有酒精氣味,另一邊正常。被研究的幼蟲裡,有78%的幼蟲會從有氣味的管道爬到沒有氣味的管道。

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一開始,在毛蟲變成蝴蝶後,這種條件作用就消失了。

但令人驚訝的是,當毛毛蟲在幼蟲週期的後期進行這種訓練時,甚至在毛蟲變大之後,對乙酸乙酯的厭惡就會保留了下來。

其中77%的蝴蝶在蛻變後被重新引入Y形管後,會趨向於沒有氣味的管道。

該研究證明,負責味覺、嗅覺、記憶和學習的神經組織在變形過程中保持完好。

同時,解剖學證據也支援這一發現。蘑菇體是昆蟲大腦中成對的結構。在幼蟲階段,蘑菇體負責用觸角“品嚐”食物,同時影響學習和記憶。在成體階段,他們不僅負責“品嚐”和學習,而且負責“嗅”。

因此,他們可能在痛苦的電擊刺激和乙酸乙酯的“味道”之間形成了一種聯絡。由於蘑菇體對生物體的生存非常重要,它們大部分未被修改,而大腦的其他部分可能進行修改以適應新的身體,這是蝴蝶能夠保持這種條件作用的原因。

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最後

值得注意的是,毛毛蟲和蝴蝶等昆蟲的記憶與人類的記憶非常不同。昆蟲的記憶僅限於生存問題,比如什麼好吃什麼不好吃,應該遠離什麼或者朝著什麼飛去。

總之,與人類不同的是,蝴蝶不能記住它們作為毛蟲時的個人經歷(如果有的話),因為它們的記憶是嚴格的生物性質。

但是,它們能夠回憶起危害他們健康的事情——比如一次電擊!

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