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蜘蛛哺乳、螳螂滑翔……

他的雨林發現顛覆你我認知

2024-03-03 17:27:21 來源:

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■陳占起正在做大蟻蛛哺乳的講座

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■蘭花螳螂會滑翔登上了國際期刊封面

■本版文圖均據新華每日電訊

站上講臺,陳占起一臉疲態,頭天晚上,他只睡了四個小時,急著從昆明趕回西雙版納的原因就一個:為一群喜歡動植物的小朋友講課。在陳占起心中,科普是大事,他要給孩子們講講什么是科學,什么是科學家,以及自己的科研故事。

陳占起是中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員,從事動物行為學研究。他有兩個顛覆認知、震驚學界的成果:一個是發現了會哺乳的蜘蛛;另一個是發現了會滑翔的螳螂。

1

發現世界上首例蜘蛛哺乳

陳占起發現喂奶的蜘蛛純屬偶然。

這種會哺乳的蜘蛛名叫大蟻蛛,是種長得像螞蟻的蜘蛛,身體只有螞蟻大。在一次野外采集時,陳占起發現了一個蟻蛛巢,用手一扒,立刻從里面爬出5只成年蟻蛛。普通人看不出門道,陳占起卻覺得不可思議——

“蜘蛛這樣的節肢動物,一般只會喂養孩子很短的時間,當寶寶有了捕食能力,家長就會讓它們出巢,獨自闖世界,怎么可能一個巢中有5只成年個體?難道大蟻蛛會把孩子養到成年?”

陳占起腦袋里兩個“認知小人”開始“打架”,一連串的問號激起他強烈的好奇。他把大蟻蛛采集回實驗室,開始養殖,并用3個月的時間記錄下了大蟻蛛生活全貌。

陳占起發現,大蟻蛛從產卵到孵化需15天,孵出的小蜘蛛到性成熟需53天,直到第75天,已經成年的蜘蛛依舊生活在母親身邊。“可以說,大蟻蛛確實跟我們人類一樣、跟大象一樣,會把孩子養至成年。”

這個發現讓陳占起欣喜,與此同時,他又冒出了新問題:“前20天,我沒看到一只小蜘蛛出巢覓食,但它們的身體卻在噌噌長,小家伙究竟吃什么?”

陳占起和團隊推測,幼蛛的食物來源有四種可能:第一種,跟鳥類一樣,母親從外面捕食回來喂;第二種,跟鴿子或野狗一樣,母親先吃進去,然后反芻喂;第三種,像一些魚類和無脊椎動物,用未完全消化的排泄物喂;第四種,像蛙類,寶寶吃掉沒有孵化功能的營養卵。

“很遺憾,四種猜測都是錯的,那個時候我很崩潰。”陳占起大大方方跟孩子們分享工作中的沮喪。

挫折激發斗志。“我倒要看看你們到底吃什么!”陳占起決定蹲守實驗室。到飯點,他請人送飯;睡覺時,他架起攝像機……終于,在一個夜晚,陳占起觀察到蟻蛛寶寶爬到母親的腹部,就像哺乳動物幼崽在吃奶一樣。

這一幕讓他震驚,“難道大蟻蛛真是吃奶長大?”這個想法讓他既興奮又緊張,理性告訴他,不能輕易下結論。

“哺乳動物有乳腺,有專門的器官分泌乳汁給孩子吃,大蟻蛛也有么?”陳占起清楚,要證實大蟻蛛會哺乳,此后的求證要更細致、更全面。

蜘蛛是“哺乳動物”了?

2

團隊想到了一個行為學實驗:當寶寶剛孵化出來后,將蟻蛛媽媽疑似產奶的地方堵住,阻斷其分泌乳汁。不出所料,10天后,沒有“口糧”的寶寶都餓死了。

陳占起覺得這個證據的分量還不夠,他想親眼看到蟻蛛的乳汁。他把剛進入哺乳期的蟻蛛麻醉,拿到手上,輕壓其腹部,果然滲出了滴滴液體。“這些液體與牛奶接近,呈乳白色,而且頭一天擠了,第二天還有。”陳占起觀察到,乳汁源自雌性大蟻蛛腹部的一條生殖溝,幼蛛就是通過吸食這一產奶器官長大。

可當陳占起把文章投到《科學》雜志,審稿人卻提出了疑問:“如果真是乳汁,它的成分是什么?你們測定了么?”陳占起覺得這個建議在理,要坐實蟻蛛哺乳,證據鏈一環也不能少。

但要檢測蟻蛛奶的成分又成了難題。一只雌性大蟻蛛體長僅6.5毫米,產奶的量以微升計。

“我去測成分時,檢測員告訴我,不用很多,50毫升奶就夠。我當時哭笑不得,那可是蜘蛛奶,5毫升都難弄,更別說50毫升。”

之后,團隊想辦法提取到了20微升奶。鑒定結果非常理想:大蟻蛛乳汁中的主要成分是蛋白質、脂肪和糖類。與牛奶相比,蟻蛛奶的蛋白質含量是其4倍,但脂肪和糖含量卻很低。

大蟻蛛吃奶已是板上釘釘,但陳占起還是不甘心,他要把最初的問題搞明白——具備了捕食能力的大蟻蛛為什么要每天回巢?

團隊做了兩組實驗:一組是把大蟻蛛的母親移走,一組是把母親的乳腺堵住。“我就是想看看,成年大蟻蛛回家的動力是什么,是為了媽,還是為了奶?”

通過觀察,團隊發現——只要媽媽在家,即便沒有奶,孩子們也會每天回來,而且它們的生存狀況、成長速度、存活率都遠高于沒媽在家的那一組。但如果媽媽離巢了,孩子們很快就不回家了。

“都說蜘蛛是低等動物,我不這樣認為,通過觀察大蟻蛛哺乳,讓我感受到了母愛的偉大,萬物有靈,大蟻蛛尚且如此,我們人類呢?是不是該多回家看看媽媽呢?”陳占起很是感慨。

最終,“大蟻蛛會哺乳”在2018年登上《科學》雜志,這一發現不僅打破了世人對于無脊椎動物的傳統印象,更引發了人們對哺乳動物行為的重新思考。

蘭花螳螂會滑翔

3

講完蜘蛛哺乳的故事,陳占起像變戲法似的,拿出兩個塑料箱,里面有兩只粉色的蘭花螳螂,孩子們的眼睛立馬亮了。

“偽裝,是物種演化中產生的一種躲避捕食者或吸引獵物的策略。自1792年蘭花螳螂被發現以來,它貌似花朵的外形一直被認為是偽裝,但我們的研究給出了一個新解釋。”

2023年11月29日,國際期刊《當代生物學》發表了陳占起團隊的新成果——蘭花螳螂具有滑翔能力,它的花狀腿瓣對滑翔至關重要。

蘭花螳螂因為長得美,被叫作“昆蟲皇后”。它的后部足,有一對花瓣狀的外延結構,叫作“花狀腿瓣”。在野外,蘭花螳螂愛趴在花或葉上,高抬腹部,利用花一樣的外形,吸引“眼拙”的昆蟲來傳粉或采蜜,再伺機捕獲。

過去,人們一直認為花狀腿瓣是蘭花螳螂擬花的結構,但澳大利亞生態學家詹姆斯·漢隆證明,即便去除花狀腿瓣,也絲毫不影響蘭花螳螂捕蟬。

“既然不是擬花,那么花狀腿瓣的功能是什么?”陳占起的好奇心又亮了起來。

2020年夏天,陳占起在辦公室與同事閑聊,偶然間,一只蘭花螳螂幼蟲竟從柜子上蹦到了他身上,距離超過1米,“蹦跶不可能有那么遠,難道是滑翔過來的?”

此前,從來沒有學者證實過螳螂會滑翔。陳占起大膽推測,滑翔很可能與花狀腿瓣相關。為驗證猜測,團隊設計3組對照實驗:一組是正常的蘭花螳螂;二組被去除了花狀腿瓣;三組被麻醉。

結果沒有令人失望。三組蘭花螳螂從10米高的挖機上掉落,正常狀態下,它們的水平滑翔距離平均為6.1米,最遠可達14.7米;去除花狀腿瓣后,其水平滑翔距離平均為4米;而被麻醉后,蘭花螳螂全都垂直下落。

這不僅說明花狀腿瓣對滑翔至關重要,也說明在清醒狀態下,蘭花螳螂才能自主掌控滑翔。

為做到論證萬無一失,陳占起還邀請了美國南佛羅里達大學的合作者,從形態結構上去分析,所得結論是,蘭花螳螂的花狀腿瓣呈現的弧形,與鳥類的翅膀弧度高度吻合。

“節肢動物同樣具有滑翔結構”的發現再次顛覆了傳統認知,這一發現也激起了材料工程師的濃厚興趣。

動物園開“昆蟲館”

4

講完了大蟻蛛和蘭花螳螂的故事,孩子們提出了五花八門的問題。他們不愿走,圍住兩只蘭花螳螂,再次打開提問模式。陳占起把蘭花螳螂放到每個孩子手背上,讓他們去感知和觀察。

在陳占起心中,好奇心無比珍貴,自己那些顛覆認知的發現,都是源自對大自然強烈的好奇心和“一定要找到答案”的內驅力。“做科研就像玩游戲,必須充滿興趣和好奇,只有這樣,探知的過程才會讓人興奮,令人愉悅。”

陳占起對“堅持”有另一種解釋:與其“痛苦地堅持”,不如“快樂地熱愛”。他認為,人一旦有了熱愛,必然會激發潛能、產生心流、形成內驅,最終讓人保持專注、熬過寂寞、戰勝恐懼。“做自己熱愛的,熱愛自己所做的,剩下的就交給時間吧。”

陳占起有一個半夜起床做筆記的習慣,他說半夢半醒時會想通很多事,有時他也會畫畫,把那些一閃而過的念頭畫出來,這個習慣從他上研究生開始就保持至今。

陳占起是跨專業學的生物,之前是體育生,初高中練排球,本科在重慶師范大學體育系。大學畢業后,對生物有濃厚興趣的陳占起考上了湖北大學生命科學學院,碩士畢業后又考到新加坡國立大學生物系讀博士,2016年他來到版納植物園,從博士后做到了研究員。

這段經歷讓陳占起對體育有了別樣情愫。“我常對學生講,如果之前已經有喜歡的體育運動了,要繼續保持;如果沒有,從現在開始,一定要培養一項終身愛好的運動項目。”

陳占起會和學生一起打羽毛球,在羅梭江畔、百果園內滑輪滑。“如果你需要長期、深度地做科研,必須具備強大的身體和心理素質,而運動能帶來激情與熱情,讓人性格開朗、抗壓力強,哪怕有負面情緒,也會轉瞬即逝。”

陳占起的學科組有一個小院,里面養著蜘蛛、螳螂,種著瓜果蔬菜,大串大串的炮仗花沿著小樓外墻垂下。“搞科研需要靜下來、慢下來,否則無法思考,無法感知。”陳占起常說,不要做知識的存儲器,要做知識的創造者,“只要找出與常識相悖的結果,就能創造出新的知識。”

陳占起喜歡版納植物園自由探索的學術氛圍,行走在熱帶雨林,傾聽著鳥鳴蛙叫,他覺得處處都有自然的智慧。“所有的生命都是平等的,都有靈魂和感情,哪怕昆蟲,也有生存的艱難與樂趣。”陳占起說。

陳占起說自己如果不搞科研了,會考慮去動物園開“昆蟲館”,擺放上大大的玻璃柜,收集飼養各種昆蟲,展示它們的神奇,點亮孩子們心中那絲光。

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