首页>云计算 > 正文
讨人厌的蟑螂,为什么适应能力那么强?
来源: 虎嗅网 发布于:2023-05-10 21:12:12

本文来自微信公众号:biokiwi (ID:biokiwi),作者:无奶树,原文标题:《为什么“小强”又双叒叕进化了?!》,题图来自:视觉中国

蟑螂,属于蜚蠊目下的一大类昆虫(大约4600种,其中大约30种是我们熟悉的蟑螂),不过它的另一个名字可能更加广为人知:“小强”。

这只是星爷电影里的一个梗,真实世界里的“小强”可没那么容易死,毕竟它们的“强”人尽皆知:


(资料图片)

蟑螂极度耐寒耐高温,上到天寒地冻的北极,下到炎热难耐的热带都能生存;

它的足迹走遍天下,基本只要是有人生活的地方都有它的身影;

有的蟑螂可以一个月不吃不喝;

蟑螂还拥有远高于人类的抗辐射能力;

……

甚至有人预言如果人类灭绝,地球将被蟑螂占领。

这些“小强”外形不太讨喜,甚至让人恶心、不舒服,同时也会携带各种病原微生物。为了让它们远离自己的生活,人类与它们的战斗持续了上千年。

随着化学研究的发展,以及对“小强”们的进一步了解,1950年前后,各种化学药剂开始被用于“小强”的防治。

但当时的人类可能没想到,这反而激发了“小强”们的“进化潜能”。我们不妨以研究较多(适应能力也贼强)的德国蟑螂Blattella germanica为例,来看看这几十年,杀虫剂在蟑螂身上发生了什么。

一场和“小强”们70年的持久战

这个故事的开端,要追溯到17世纪的海上贸易。

东南亚的婆罗洲岛是当时香料的重要产地,一袋袋的胡椒被装上帆船运往马六甲,再运往欧洲。同时被带上的,还有一些“不小心”误入的蟑螂。

17世纪主要的香料贸易路线 | 图源:Mawar Masri, et al. 2016.

虽然海上贸易长达数十天,但是长期生活在洞穴里的蟑螂们,早就演化出了不吃不喝也能好好活着的本事,因此顺利经由印度,穿越红海,抵达欧洲大陆。18世纪,德国的博物学家们发现了这种蟑螂的身影,所以人们开始叫它们——德国蟑螂。

这些适应能力极强的“小强”们在人类城市中发现了自己熟悉的环境——潮湿阴暗的厕所、厨房,或者下水管道,这不就和老家婆罗洲的洞穴一样嘛!

很快,这些来自东南亚的“小强”就遍布了欧洲,并随着对美洲大陆的探索和发展,传到了美国,从此一发不可收拾。到了19、20世纪,它们已经是美国家庭随处可见的“害虫”了。

这时候,为了应对它们,化学家们研究出了杀虫剂。

1945年,美国大量使用臭名昭著的DDT灭虫,最初效果的确不错。但经过一段时间的适应,“小强”表示这个问题也不算什么大问题——没过几年人们就发现DDT对“小强”没用了。此后1953年的研究发现,产生抗性的德国蟑螂需要普通蟑螂300倍浓度的DDT才能杀死。更麻烦的是,DTT不仅没那么好用了,其累积效应还会反噬、危害到环境和人类自身。

DDT发明者Paul Müller在1948年获得诺奖,但是估计也正是那个时候,蟑螂们已经出现了抗性的进化 | 图源:Wikipedia

不久以后,DDT的替代品出现了——氯丹(chlordane)杀虫剂在1948年开始推广使用。同样很快,三四年之后,大家就发现这个杀虫剂又没用了,需要用几十倍浓度的杀虫剂才能杀死带有抗性的“小强”。

后面就是一连串的杀虫剂推陈出新,和顽强“小强”的快速进化:二嗪农(diazinon)、马拉硫磷(malathion)、氨基甲酸酯(carbamates)、拟除虫菊酯(pyrethroids)……情况很类似,这些杀虫剂都是推出没几年,德国蟑螂就快速适应,产生抗性了。

这场你来我往的较量持续了数十年。即便是杀灭效果最好的阿维菌素,蟑螂也只需要一年就能够产生抗性;甚至有研究发现,即使是同时用好几种杀虫剂也对德国蟑螂束手无策——杀虫剂根本不可能杀灭这些顽强的家伙。

“小强”们的潜能是怎么被激发的?

为什么这些“小强”就是打不死呢?也许换个角度来看待这个问题,就能得到答案。毕竟这种让大家焦头烂额的现象,在进化学家眼中其实是非常稀松平常的基本操作。

其实每只蟑螂的基因都不一样,它们对各种杀虫剂的耐受程度也有所不同,有强有弱。如果某种杀虫剂开始被使用,耐受能力弱的蟑螂被杀死,而抗性强的蟑螂就会活下来,并进入繁殖季——只需要短短几代,这个群体里的蟑螂就都对这种杀虫剂产生了抗性。这其实就是自然选择,不,是“人类选择”的结果。

而每一次杀虫剂的大量使用,就意味着一次“人类选择”的开始——抗性越来越强的蟑螂被选择了出来。

实际上,很多杀虫剂对害虫的效果是类似的——不仅没有消灭害虫,反而助长了它们的“进化” | 图源:Silvie Huijben, FutureLearn

当然,并不是什么昆虫都能这么被选择——各种杀虫剂的发明在农业和医学上对很多害虫都曾发挥巨大的效用,只是单单搞不定这些打不死的德国蟑螂。

一方面,不到两个月时间,德国蟑螂就可以从虫卵发育成性成熟的成虫——换句话说,没任何限制的话,这些蟑螂两个月就能翻一倍,一年就是64倍。巨大的群体数量可以产生更丰富的基因多样性,那么应对不同杀虫剂的可能也就更多,同时快速的繁殖也让杀虫剂作用之后的它们可以快速“卷土重来”。

另一方面,基因组检测发现德国蟑螂有两个有趣的特点——一是他们的“嗅觉”很强,丰富的感受器让它们比其他昆虫能识别更多的物质,可能能分辨出更多有毒物质;二是他们的“消化能力”很强,丰富的蛋白酶让不同的物质都能被代谢消化,包括不少的杀虫剂。

进化树展示了不同昆虫的离子通道受体(IR)的数量,其中德国蟑螂(Bger)的IR数量显著多于其他昆虫| 图源:Harrison M C, et al. 2018.

这样的敌人,光靠杀虫剂是不够的了。

为了抵抗杀虫剂,“小强”连交配方式都变了

因为发现很多杀虫剂蟑螂都不吃,在上世纪80年代,人类又想出一招——蟑螂好像都爱吃糖,那给杀虫剂加点糖他们就会吃了吧!

结果确实很有效,毕竟谁能抗拒甜食呢?但是德国蟑螂格外爱甜食的特点,是天性决定的——当雄蟑螂和雌蟑螂要交配时,雄蟑螂会分泌麦芽糖来吸引雌性。换句话说,没有糖吃的话,蟑螂就不会交配了!

在交配前,雄性蟑螂(左)会抬起它的翅膀,向雌性蟑螂(右)献上它“甜蜜的礼物”,当雌性尝完觉得不错,就会开始进行交配 | 图源:Wada-Katsumata A, et al. 2023.

这显然是一招非常有针对性的妙招,但还是没几年,这招对德国蟑螂就没啥用了。

开始大家还以为会和之前一样,蟑螂对这类杀虫剂有了抗性。结果1993年,研究者震惊地发现,不是蟑螂有了抗性,而它们为了生存,进化出了“厌糖症”——它们会避免去吃葡萄糖。

要知道,葡萄糖可是世界上最容易被吸收消化的营养物质之一。为了实现这个目的,蟑螂神经元上针对葡萄糖的甜味感受器被苦味感受器替换了——换句话说,蟑螂吃到葡萄糖会觉得很苦不好吃,于是就避开了对杀虫剂的食用。

更离奇的是,研究者发现那些有“厌糖症”的雌蟑螂会开始拒绝交配——为此雄蟑螂也不甘示弱,在这场“人类选择“下,它们把自己的“甜蜜礼物”也换掉了:不再分泌麦芽糖而是分泌麦芽三糖,这既和杀虫剂里的糖不一样,也是雌蟑螂能吃出来的甜味,也就重新讨到了雌蟑螂的“欢心”。

这场比拼与其说是人类与蟑螂的斗争,不如说是人类与自然界进化的战斗。

人类的操作早就改变了演化的过程

实际上这也不是人类第一次这样干了,比如不少人可能听过的“超级细菌”原理也是如此:抗生素的滥用,有时候不仅没起到治疗的效果(因为很多病毒性感染的患者也会使用抗生素),反而产生了各种各样的“人类选择”,将那些没有抗性的细菌杀除。

经过这番洗礼留下来的,自然就是耐药性极强的“超级细菌”了。

又比如捕鱼的拖网,就是一个更加形象的“人类选择筛子”。拖网滑过海底,能把大量体型巨大的鱼类带走,而小鱼则会从网眼溜走——这就导致越小的鱼类生存能力更强,被人类选择了出来,所以这种一网打尽的捕鱼方式的渔获就会越来越少。

而如果拖网网眼越做越小,就只会导致鱼也越来越小,直到这些鱼类体积的极限——它们也就走向了灭亡。

类似的例子其实数不胜数,我们无法评价这样的结果对自然世界是好是坏,但是对于人类自身来说,最终往往都会导致一种负面的结果。

难道面对这些“人类选择“带来的后果,我们一点办法也没有吗?

其实当我们理解了选择的过程,自然也就有了对策。

像是杀虫剂、抗生素这些直接杀死蟑螂、细菌的方法,是一种作用极强的,非生即死的选择。那假如可以不直接杀死它们,而是利用特定的方法让它们失去危害,或者无法繁殖,是不是就能解决呢?

这方面目前进展最让人期待的,是针对灭蚊的转基因方法:通过转基因或者病毒的感染,让雌蚊子失去生育能力,来达到灭蚊的效果。目前来看,这一套方法是成果显著的。

通过公蚊子传播不孕病毒,让雌蚊子失去生殖能力,是目前最有希望彻底灭蚊的方法 | 图源:James S, et al. 2018.

但是,进化的作用无处不在,也充满了未知,你永远不知道它下一步会出一张什么样的牌。

正如《科学》杂志报道中,进化生物学家Allen Moore说的那样:

“Evolution ‘discovers’ solutions even when we think we might have won.”

每当我们以为自己赢了的时候,进化总会“发现”新的解决方法。

参考资料

The German Cockroach: A History. https://pctonline.com/news/the-german-cockroach-a-history-robinson/

Cochran D G, Grayson J M, Lsvitan M. Chromosomal and Cytoplasmic Factors in Transmission of DDT Resistance in the German Cockroach[J]. Journal of Economic Entomology, 1953, 45(6).

Keller J C, Clark P H, Lofgren C S. Susceptibility of insecticide-resistant cockroaches to Pyrethrins[J]. Pest Control, 1956, 24(11).

Harrison M C, Jongepier E, Robertson H M, et al. Hemimetabolous genomes reveal molecular basis of termite eusociality[J]. Nature ecology & evolution, 2018, 2(3): 557-566.

Li S, Zhu S, Jia Q, et al. The genomic and functional landscapes of developmental plasticity in the American cockroach[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 1008.

Wada-Katsumata A, Silverman J, Schal C. Changes in taste neurons support the emergence of an adaptive behavior in cockroaches[J]. Science, 2013, 340(6135): 972-975.

Wada-Katsumata A, Hatano E, Schal C. Gustatory polymorphism mediates a new adaptive courtship strategy[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2023, 290(1995): 20222337.

Baltazar‐Soares M, Brans K I, Eizaguirre C. Human‐induced evolution: Signatures, processes and mechanisms underneath anthropogenic footprints on natural systems[J]. Evolutionary Applications, 2021, 14(10): 2335-2341.

本文来自微信公众号:biokiwi (ID:biokiwi),作者:无奶树

关键词:

猜你喜欢

  • 讨人厌的蟑螂,为什么适应能力那么强?
  • 环球速递!“冷门歌手”新困扰:AI孙燕姿出道即成顶流,人工智能席卷音乐圈
  • 那英婚事_那英离婚 天天观焦点
  • 香拌萝卜干正宗做法?
  • ChainAegis:BRC-20链上数据分析 全球播资讯
  • EA对《星战绝地》很满意:多亏给了开发者足够的时间_天天看点
  • 用GPT-4解释GPT-2,OpenAI要开始“自我进化”了吗? 全球时讯
  • ​过年的根魂需要留住 环球信息
  • 世界热头条丨澳门的面积和人口是多少平方千米_澳门的面积和人口
  • 聚酰亚胺龙头股有哪些,聚酰亚胺概念股票股价一览(2023/5/10)
  • 【全球新要闻】天玑9200+正式亮相 游戏技能树点满 打造最强移动游戏平台
  • 2023年第一季度全球智能手机市场出货量年同比下降14%_环球观点
  • 当前时讯:权威机构:72%的印度智能手机用户有电量焦虑
  • 社保基金会:进一步找准服务国家大局的切入点和着力点更好发挥长期资金优势和市场引领作用|全球播报
  • 财面儿丨华润置地:前4月合同销售金额约1120.3亿元 同比增加83.6%-环球通讯
  • 联发科发布天玑9200+处理器:性能提升10% iQOO Neo系列首发
  • 最新快讯!碧桂园完成发行2023年度第一期、第二期中期票据 最高利率3.95%
  • 世界动态:南京第二批供地:10宗地收金150亿元,其中3宗触顶待摇号
  • 看得见山、望得见水、记得住乡愁 外国网红打卡商丘时庄文化艺术村
  • RWA叙事渐热,一文速览链上国债生态项目发展现状 世界新资讯