和扁頭泥蜂學習「蟑螂殭屍」養成SOP

和扁頭泥蜂學習「蟑螂殭屍」養成SOP
Photo Credit:科學人

我們想讓你知道的是

小巧蜂類向蟑螂注射毒液,把蟑螂變成傀儡,活生生成為幼蟲寶寶的豐盛大餐。這是怎麼做到的?科學家已經研究出其中奧秘。

撰文:威爾科克斯(Christie Wilcox)
翻譯:姚若潔

蟑螂殭屍養成SOP

關於神經性毒液如何癱瘓獵物、同時執行更多生理破壞任務,扁頭泥蜂是個漂亮的例子(如果暫且不談有多恐怖的話)。這些蜂的體型通常比受害者小很多,雌蜂的攻擊從上方開始,先是俯衝下來、用口部咬住蟑螂,同時以螫針(亦即產卵管)對準蟑螂身體中段的胸節,從牠的前足和中足之間下針。注射只維持幾秒鐘,毒液作用迅速,蟑螂很快便暫時癱瘓,然後這隻蜂可以更精準地注射下一針。利用長長的螫針,她可以把「洗腦毒液」注入神經結(相當於昆蟲的腦)的兩個區域。

扁頭泥蜂的螫針配合蟑螂而高度特化,雌蜂甚至可以感覺螫針在蟑螂身體中的位置,以便把毒液直接注射到蟑螂腦部的特定區域。這支螫針可以靠著力學和化學線索在蟑螂腦中判斷方位,找到穿過神經結鞘(昆蟲版的血腦障壁)的通道,然後把毒液精準注入目標。蟑螂腦中的兩個目標區域對雌蜂而言非常重要:科學家曾經動手干涉蟑螂的腦來觀察雌蜂的反應,結果當這兩個部位被移除時,雌蜂螫針在蟑螂體內試探的時間變得很久,努力尋找消失的區域。

接著是心智控制的開始。受害者做的第一件事是梳理自己;當第一針造成的暫時癱瘓消退、前足開始能活動時,這隻蟑螂立即開始梳理自身,程序相當仔細,大約達半小時之久。科學家已經證實這個行為與毒液有特定關聯,因為當蟑螂頭部被穿洞、受到壓力或曾和雌蜂接觸卻沒有被螫過時,都不會引發同樣的梳理行為。不過在蟑螂腦部有大量多巴胺流入時,則會引發突然的清潔衝動,所以可以推論毒液裡類似多巴胺的化合物應該是造成蟑螂這種潔癖的原因。至於梳理行為是毒液本身的效應或只是副作用,則還沒有定論。有人相信這樣的行為可以為嬌弱的泥蜂寶寶保有一份沒有真菌和微生物的衛生大餐;也有人認為這只是在雌蜂準備蟑螂的墓穴時,讓蟑螂轉移注意一段時間而已。

多巴胺存在於很多動物的腦中,從昆蟲到人類都有,而且它的效應對每個物種都很重要。在我們的大腦中,多巴胺是心理「報償系統」的一部份,受到愉快事物的刺激而分泌。多巴胺讓我們感覺良好,但同時也會導致成癮,讓我們在吸食例如古柯鹼等毒品時得到快感。當蟑螂腦中湧入大量多巴胺時,不知是否也會感受到一種屬於昆蟲的愉悅感,不過我偏好正面的答案。(想像一隻動物即將面臨生命殘酷的終局,如果完全只有痛苦,似乎太恐怖了些。)

在蟑螂自我清潔的同時,雌蜂離開受害者,尋找適當的育幼地點;她需要一個黑暗的洞穴,把子代與蟑螂殭屍大餐留在那裡。找尋並準備一個合適的地方需要花一點時間。大約30分鐘後,雌蜂回來,而毒液的效果已經讓蟑螂完全失去逃生意志。原則上,這種狀態是暫時的:如果讓注射毒液過的蟑螂免於後續的殘殺,也就是避免後來泥蜂幼蟲的孵化、取食和化蛹,殭屍化的狀態大約在一星期內會褪去。不過一星期對於不幸中毒的蟑螂來說實在太長,在牠的腦有機會恢復正常之前,小泥蜂已經得以裹腹並殺死寄主了。

蟑螂的行動能力其實依然正常,只是似乎沒有想要運用的意思。也就是說,毒液並沒有麻痺蟑螂的感官,而是改變腦的反應。科學家已經證實,通常會促使蟑螂逃離原處的刺激,例如碰觸蟑螂的翅或足,其訊號仍會傳遞到腦,只是不再引發行為上的反應。這是因為毒液使某些神經元變得比較不活躍,導致蟑螂忽然間失去原本應有的恐懼感,而似乎甘願被埋葬並活生生吃掉。要達到這種效果,需要一種針對GABA門控氯離子通道(GABA-gated chloride channel)作用的毒素。

GABA即γ–胺基丁酸,是昆蟲腦(及人腦)中最重要的神經傳遞物之一。如果神經元活動是場派對,GABA就是負責潑冷水的角色;它使氯離子通道開啟,導致神經元活化的能力下降。當氯離子通道打開時,會讓氯離子流動。因為這些負離子喜歡接近正離子,在氯離子通道打開而鈉離子通道也正好開啟時,氯離子會以幾乎和鈉離子相同的速度通過細胞膜,使鈉離子較難引發神經信號的連鎖反應,即使一個神經元接收到「活化」的命令,動作電位也會中途停下來。不過GABA並不是一個完全的抑制劑,因為氯離子通道無法完全跟上鈉離子通道開啟的時機,所以強烈的刺激可以克服這種障礙。泥蜂就是用這個造成反應遲鈍的系統,來讓蟑螂乖乖聽話。泥蜂的毒液中含有GABA與其他兩種也會結合氯離子通道受體(結合後會開啟通道)的化合物:β–丙胺酸和牛磺酸;這兩種化合物的存在也可避免神經元回收GABA,因而延長GABA的作用。

雖然這些毒液化合物可以使腦活動降低、避免獵物逃走,卻無法自行去到蟑螂腦中正確的作用部位,因此雌蜂必須把毒液直接注射到蟑螂的神經結。對雌蜂來說幸運的是,由於大自然演化出某種奇特方便性,讓蟑螂腦殭屍化的毒液,恰巧也可以暫時癱瘓蟑螂身體,好讓雌蜂可以針對腦部進行第二次注射。GABA、β–丙胺酸和牛磺酸也會暫時抑制運動神經元,所以扁頭泥蜂只需要一種毒液,就可以達成兩種非常不同的任務。

現在她的獵物平靜不動,雌蜂於是咬斷蟑螂觸角、飲用一點鮮美的蟑螂血來為自己補充能量。然後就好像騎士操縱韁繩駕馭馬匹一樣,雌蜂利用蟑螂剩下的觸角把牠帶往最後的長眠之地。進入地洞後,雌蜂便在蟑螂腿上產下一顆卵,然後把子代與蟑螂一同封在洞中。

本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航