禁运 1101 年 12 月 6 日星期三(澳大利亚东部时间)
蝗虫只需极短的时间就能适应重力条件的变化。
科学家将一大群昆虫放入模拟额外重力的装置中,并观察到它们的外骨骼和腿部在短短几周内变得更强。
不过,这只在一定程度上是这样的:施加过多的额外压力,蝗虫会变得越来越虚弱,并且随着施加更大的模拟重力,蝗虫的死亡数量也会增加。
尽管如此,这项研究展示了昆虫外骨骼适应不同条件的方式,并提供了我们可以在生物材料开发中使用的信息。
我们知道,当我们改变重力时,物理系统会做出相应的改变。
国际空间站微重力环境中的哺乳动物失去骨质和肌肉密度。
植物容易对重力变化做出反应,无论强还是弱。
但地球上的大多数动物(约 80%)都有角质层外骨骼。不来梅应用科学大学的生物学家凯伦·斯塔姆(Karen Stamm)和简·亨宁·德克斯(Jan-Henning Dirks)表示,这些是节肢动物,包括海洋和陆地节肢动物,它们的硬壳对高重力机械应力的反应方式是-探索。
因此,他们开始利用一种专门为研究高重力昆虫而开发的特殊设备来纠正我们知识中的这一漏洞。
该设备是定制设计的离心机。当它旋转时,离心力会作用在其内部的任何物体上,从而施加与重力作用类似的额外压力。
研究人员能够微调离心机以产生特定的重力条件。正常加速度由于地球在海平面的重力表示为 1g。研究人员能够将其一直增加到 8 克。
下一步是看看这会对昆虫产生什么影响。
研究人员获得了该物种近成年的蝗虫飞蝗,并在它们最后一次蜕皮后将它们放入离心机中,此时它们会脱去一层外骨骼,并带着闪亮的新软成体外骨骼出现,随着时间的推移,外骨骼会发育并变硬。
每组蝗虫都被放入离心机中两周,让它们的外骨骼变硬。
分为三组,重量为 3g,5克,和 8g,以及 1g 对照组,研究人员可以将他们的超重力蝗虫进行比较。
离心机是连续的——每 3 天只停止一次,每次最多 15 分钟,以进行维护。
蝗虫的死亡速度非常有趣。 1g对照组的存活率为76%。
3g 组的这一比例略有上升:81% 的蝗虫成功通过。
但随后存活率急剧下降:只有 51%5克一群人在两周内存活下来,8克蝗虫中只有区区7%的人活了下来。
对昆虫外骨骼厚度和腿部力量的影响似乎与这一趋势非常吻合。
在 3 克的压力下,昆虫的腿明显比在 1 克的压力下的昆虫更强壮。但在5克8g时,角质层厚度减少。此外,8克的蝗虫体重也会减少。听起来这对他们来说根本不是一个美好的时光。
但结果首次表明昆虫如何适应和改变其身体以适应更高的机械负荷。
这不仅对生物材料的发展具有影响,而且对我们理解生命本身的进化及其所有辉煌形式都有影响。
“我们的结果确实表明,承受超重力的蝗虫似乎能够在其个体发生过程中沉积具有不同机械特性的角质层,”研究人员写道。
“这表明生物材料适应机械负荷的能力,以前只为内骨骼和高等植物所知,显然也存在于昆虫甚至所有节肢动物中。因此,这种能力可能是几乎所有骨骼形式的基本概念并且考虑到外骨骼、内骨骼和植物的不同进化途径,可能是所有承载骨骼生物材料的广泛分布的趋同进化特征。”
该研究发表于英国皇家学会学报 B:生物科学。