上次的文章中提到社會性陸棲昆蟲如入侵紅火蟻,在滾滾洪水之下,職蟻會結成蟻球以保護蟻巢中的蟻后及幼蟲,而去年除了南半球澳洲淹水之外,北半球的溫帶國家也遭逢嚴重雪災,低溫對於昆蟲的影響主要是造成生長速率緩慢、更甚者是造成細胞內的水分變成冰,進而脹破細胞造成個體受傷或死亡,而在前幾次的文章也提到過有些昆蟲就是能在冰天雪地下生活,所以我們這次就來談談,昆蟲怎麼躲過低溫的影響。
昆蟲躲過寒害的方式,可以區分成兩部分來說明,一種是採取適當行為抗寒,一種是生理機制抗寒。
行為抗寒的例子很多,而且也很常見,例如近年受到國人喜愛的紫斑蝶所聚集成的紫蝶幽谷,其實就是一種昆蟲避寒行為所形成的現象,在台灣,每年秋末冬初吹起東北季風時,紫斑蝶就會從全台各地南下避冬,由於在台東縣茂林鄉過冬的紫斑蝶群聚數量相當多,所以形成了迷人的紫蝶幽谷,而這些翩翩紫蝶會在次年春天再次北上。另外一些常見昆蟲利用行為避寒的例子便是蜜蜂,一個功能完備,發展成熟的蜜蜂群,其最外圍蜂窩巢片,主要是用於儲存蜂蜜及花粉,中心部分則是飼育卵及幼蟲,而外圍用於儲存食物的巢片可隔絕低溫,但當巢內氣溫更低時,職蜂會像工蟻一般,聚成一團,然後同時震動翅膀使得職蜂的體溫升高,進而提升蜂巢內的氣溫,簡單說就是工蜂把自己變成一個加熱器,但就像工蟻聚成一球救蟻后一般,聚成一球的工蜂,在蜂球中間的個體,會因為過熱而熱死,但這同樣也可用親屬選擇來解釋這種損己利人的行為,而其他昆蟲的行為避寒方式則是選擇各種避冬棲所,例如土棲性的直翅目昆蟲就會選擇棲息在土壤中,而土溫相對於氣溫,其變化程度較小,固可減少低溫對自身之影響,另外各位常聽到的「冬眠」也是昆蟲對抗寒冷的方式。
上述的行為抗寒機制,雖然有用,但還是有其極限,為了避免低溫對於昆蟲自身造成損傷,生理抗寒機制,或者更精確的說「抗凍蛋白」,就是昆蟲對抗寒冷的妙方,當溫度降至冰點以下,會對昆蟲造成物理性及生理上的傷害。物理上的傷害主要是由結冰造成:當冰晶在細胞間逐漸變大時,會改變細胞間質溶液的性質,並且因為冰晶的膨脹而阻斷細胞與細胞間物質的交換,進而引發生理上的傷害。而生理上造成的傷害,可能因為冰晶在細胞外形成時,會使細胞外水分子的濃度減低,因此造成細胞內水分子的濃度大於細胞外水分子的濃度,使得水分子向細胞外滲透,造成細胞內滲透壓的劇烈變化,導致細胞體積萎縮與pH值的改變,使細胞膜的通透性異於常態,阻塞了離子進出細胞的通道,導致細胞死亡。(中)