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(来源:juebukeyi)

铗蠓属(Forcipomyia)常被叫做小黑蚊、小咬,遍布全球各地。

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它们翅膀布满细毛,触角分节清晰,生活习性五花八门,有的会吸血让人发痒,有的是可可树等植物的重要传粉帮手,还有的幼虫藏在腐木、苔藓里,靠吃霉菌和真菌为生。

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这个大家族被分成 8 个亚属,拟铗蠓亚属(Metaforcipomyia因未搜到中文译名暂翻译为拟铗蠓亚属)是其中最特别的一个。拟铗蠓的幼虫它们生活在腐烂木头下,身体刚毛会分泌白色蜡质,形成小液滴、蜡管和蜡球,看起来像沾了真菌孢子,有研究者认为这是为了完美融入环境骗过天敌,也有研究者认为这些蜡质结构一碰就掉,能帮幼虫趁机逃跑。

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铗蠓家族看似不起眼,却在生态里扮演着传粉、分解、食物链等多重角色。拟铗蠓凭借独特的蜡质伪装和形态,成为科学家研究昆虫适应与演化的绝佳材料,这个神秘的小类群,还有不少未知物种等着被发现。

题目:

很多昆虫依靠气门和气管系统进行气体交换完成呼吸。铗蠓属(Forcipomyia)幼虫为无气门型(apneustic),没有气门和完整气管系统,无法用常规方式呼吸,只能通过体壁表皮进行气体交换,而表皮呼吸必须保持体表湿润。研究者对铗蠓幼虫背部的分泌刚毛开展形态与功能研究,目的是探究分泌刚毛如何帮助无气门的幼虫完成呼吸作用。

图 1 铗蠓幼虫及分泌刚毛和分泌物形态
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图 1 铗蠓幼虫及分泌刚毛和分泌物形态

图注:A:黑铗蠓幼虫整体侧面观,背部可见成对分泌刚毛;B:分泌刚毛上吸附空气中水分形成的液滴;C:分泌物具有黏稠性(箭头所示);D:干燥后的分泌物呈网状,仍可从空气中捕获水分。

(1) 大多数昆虫依靠________和气管系统完成气体交换,铗蠓幼虫无气门,只能通过________(填结构)进行呼吸。

(2)分泌刚毛产生的分泌物可以从空气中吸收水分,由图 1B、D 可知分泌物辅助在幼虫体表保持湿润状态,这一特点________(填 “有利于” 或 “不利于”)表皮呼吸的进行。

(3) 图 1C 显示分泌物具有黏稠性,黏稠的分泌物覆盖在幼虫体表,能够________(填 “减少” 或 “增加”)体表水分散失,维持呼吸所需的湿润环境。

图 7 分泌刚毛维持幼虫体表湿润的机制
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图 7 分泌刚毛维持幼虫体表湿润的机制

A:分泌刚毛吸湿保湿机制模式图:1 分泌物从刚毛顶端排出;2 分泌物吸收空气中水分;3–4 水分沿体表扩散形成湿润薄膜;

B:冷冻扫描电镜下分泌刚毛附着分泌物的形态。

(4) 结合图 7A 的机制,分泌刚毛排出的分泌物可从空气中捕获________,水分最终在幼虫体表形成湿润薄膜,保障表皮气体交换。

(5) 若将铗蠓幼虫置于极度干燥环境中,分泌刚毛的吸湿作用会显著下降,幼虫会因体表无法保持湿润而出现________(填生理过程)障碍,最终死亡。

(6) 铗蠓属(Forcipomyia)拟铗蠓亚属(Metaforcipomyia)幼虫体表覆盖蜡丝,为探究蜡丝的生态功能,研究者以天敌捕食压力为逆境条件,开展实验以验证蜡丝的防御作用。

拟铗蠓幼虫的蜡丝由表皮细胞分泌,主要成分为脂质类物质。从生态作用角度,蜡丝可帮助幼虫抵御天敌捕食,属于昆虫的__________(填物理” 或 “化学”)防御;从物质跨膜运输角度,大颗粒的脂质类分泌物排出细胞的方式为__________。

(7) 为验证蜡丝可降低被捕食风险,研究者设置两组实验:

项目

甲组

乙组

实验处理

人工轻柔去除蜡丝的拟铗蠓幼虫

__________的拟铗蠓幼虫

共同培养对象

同种且生理状态一致的等量捕食性天敌

将两组幼虫分别与相同数量的同种天敌共同培养,相同时间后统计幼虫存活率。

若与乙组相比,甲组幼虫__________,可说明蜡丝可显著降低拟铗蠓幼虫的被捕食概率。

(8) 为排除 “人工操作干扰” 对实验结果的影响,研究者增设丙组:对幼虫进行与乙组相同的轻柔触碰操作,但保留蜡丝不脱落。若丙组与甲组的存活率无显著差异,且乙组存活率显著低于甲、丙两组,则可证明:实验中乙组存活率下降仅由__________引起,与机械操作无关。

(9) 若进一步探究蜡丝是否为物理防御(无化学毒性),研究者将等量的蜡丝提取物、清水分别处理同种天敌,观察检测天敌的存活率和各项生理指标。若两组天敌的__________,结合 (2)(3) 实验可判断:拟铗蠓蜡丝不具备化学毒性,其防御依赖物理阻隔作用。

(10) 综合上述实验,拟铗蠓幼虫通过分泌蜡丝形成物理屏障,抵御天敌捕食以提高存活率。请完善蜡丝的防御机制模型:蜡丝(物理屏障)→__________天敌捕食→ 被捕食概率降低 → 幼虫存活率__________。

参考答案

(1) 气门;体壁(表皮)

(2)有利于

(3) 减少

(4) 水分;湿润薄膜

(5) 气体交换(呼吸)

(6) 物理;胞吐

(7) 完整保留蜡丝,存活率显著更高(被捕食率显著更低)

(8) 蜡丝缺失

(9) 各项指标均无显著差异

(10) 阻挡;提高

参考文献

Urbanek A, Richert M, Giłka W, et al. Morphology and histology of secretory setae in terrestrial larvae of biting midges of the genus Forcipomyia (Diptera: Ceratopogonidae)[J]. Arthropod structure & development, 2011, 40(6): 485-494.

Eigenbrode S D, White C, Rohde M, et al. Behavior and effectiveness of adult Hippodamia convergens (Coleoptera: Coccinellidae) as a predator of Acyrthosiphon pisum (Homoptera: Aphididae) on a wax mutant of Pisum sativum[J]. Environmental Entomology, 1998, 27(4): 902-909.

De La Pava N, da Silva Torres C S A, Bento J M S. Behavioral responses of the lady beetles Cryptolaemus montrouzieri and Tenuisvalvae notata to specific mealybug prey[J]. Entomologia Experimentalis et Applicata, 2024, 172(8): 679-692.

De La Pava N, da Silva Torres C S A, Favaris A P, et al. Metabolic costs and camouflage effect of wax production in Cryptolaemus montrouzieri and Tenuisvalvae notata (Coleoptera: Coccinellidae)[J]. Journal of Insect Behavior, 2025, 38(1): 12.

Schoeller E N. Life Histories and Host Interaction Dynamics of Parasitoids Used for Biological Control of Giant Whitefly (Aleurodicus dugesii) Cockerell (Hemiptera: Aleyrodidae)[D]. UC Riverside, 2018.

Pacheco P, Borges I, Branco B, Lucas E, Soares AO. Costs and Benefits of Wax Production in the Larvae of the Ladybeetle Scymnus nubilus. Insects. 2021 May 16;12(5):458. doi: 10.3390/insects12050458. PMID: 34065731; PMCID: PMC8156663.

https://www.chaosofdelight.org/blog/the-hidden-world-of-soil-animals/4/12/2024

参考图片

https://www.inaturalist.org/observations/19727459

https://www.inaturalist.org/observations/137917850

https://www.inaturalist.org/observations/257135397