西雙版納熱帶植物園研究員 陳占起 源於好奇心 顛覆傳統認知

文/記者岳冉冉  |2024.03.10
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蘭花螳螂從10公尺高處落下水平滑翔距離平均為6.1公尺,最遠可達14.7公尺。圖/陳占起團隊製圖
圖/新華社
陳占起認為,做科研就像玩遊戲,必須充滿興趣和好奇。圖/新華社
國際期刊《當代生物學》發表陳占起團隊的新成果——蘭花螳螂具有滑翔能力。圖/新華社

文/記者岳冉冉 

站上講台,陳占起一臉疲態,前一天晚上,他只睡了四個小時,急著從昆明趕回西雙版納,就為了幫一群喜歡動植物的小朋友講課。在陳占起心中,科普是大事,他要為孩子們講講什麼是科學、什麼是科學家,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(以下簡稱「版納植物園」)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。

蜘蛛哺乳世界首例

陳占起發現餵奶的蜘蛛純屬偶然。

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。在一次野外採集時,陳占起發現了一個蟻蛛巢,用手一扒,立刻從裡面爬出五隻成年蟻蛛。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,一般只會餵養孩子很短的時間,當寶寶有了捕食能力,家長就會讓牠們出巢,獨自闖世界,怎麼可能一個巢中有五隻成年個體?難道大蟻蛛會把孩子養到成年?」

陳占起腦袋裡兩個「認知小人」開始「打架」,一連串的問號激起他強烈的好奇。他把大蟻蛛採集回實驗室,開始養殖,並用三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十五天,孵出的小蜘蛛到性成熟需五十三天,直到第七十五天,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:「前二十天,我沒看到一隻小蜘蛛出巢覓食,但牠們的身體卻在噌噌長,小傢伙究竟吃什麼?」

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餵;第二種,跟鴿子或野狗一樣,母親先吃進去,然後反芻餵;第三種,像一些魚類和無脊椎動物,用未完全消化的排泄物餵;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。

挫折激發鬥志。「我倒要看看你們到底吃什麼!」陳占起決定蹲守實驗室。到飯點,他請人送飯;睡覺時,他架起攝影機……終於,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,大蟻蛛也有嗎?」陳占起清楚,要證實大蟻蛛會哺乳,此後的求證要更細緻、更全面。

團隊想到了一個行為學實驗:當寶寶剛孵化出來後,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,十天後,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》雜誌,審稿人卻提出了疑問:「如果真是乳汁,它的成分是什麼?你們測定了嗎?」陳占起覺得這個建議有道理,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。一隻雌性大蟻蛛體長僅六點五公釐,產奶的量以微升計。

「我去測成分時,檢測員告訴我,不用很多,五十毫升奶就夠。我當時哭笑不得,那可是蜘蛛奶,五毫升都難弄,更別說五十毫升。」

之後,團隊想辦法提取到了二十微升奶。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四倍,但脂肪和糖含量卻很低。

母愛偉大萬物有靈

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麼要每天回巢?

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麼,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,而且牠們的生存狀況、成長速度、存活率都遠高於沒媽在家的那一組。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」在二○一八年登上《科學》雜誌,這一發現不僅打破了世人對於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。



一定要找到答案

發現蘭花螳螂會滑翔

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,裡面有兩隻粉色的蘭花螳螂,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。自一七九二年蘭花螳螂被發現以來,牠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。」

二○二三年十一月二十九日,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」。牠的後部足,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」的昆蟲來傳粉或採蜜,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,但澳洲生態學家詹姆斯.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,那麼花狀腿瓣的功能是什麼?」陳占起的好奇心又亮了起來。

清醒時自主滑翔

二○二○年夏天,陳占起在辦公室與同事閒聊,偶然間,一隻蘭花螳螂幼蟲竟從櫃子上蹦到了他身上,距離超過一公尺,「蹦躂不可能有那麼遠,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,團隊設計三組對照實驗: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。三組蘭花螳螂從十公尺高的挖機上掉落,正常狀態下,牠們的水平滑翔距離平均為六點一公尺,最遠可達十四點七公尺;去除花狀腿瓣後,其水平滑翔距離平均為四公尺;而被麻醉後,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。

找出答案的驅動力

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。他們不願走,圍住兩隻蘭花螳螂,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。

在他心中,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。「做科研就像玩遊戲,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。」新華社港台部供稿

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