唯一能定居南極的昆蟲，到底有多可怕

圖片來源：Yuta Shimizu / Osaka Metropolitan University

撰文 | 二七

審校 | 王昱

2022年年初，我有機會採訪了一名曾到訪北極地區斯瓦爾巴群島，研究當地環境DNA的科學家。聊起第一次進入北極圈的感受，他說：“說實話，我印象最深的其實是蚊子。”在斯瓦爾巴群島的夏天，隨著凍土的表層融化，蚊蟲格外的多， “去之前我也期待著能在無人區裡探險、找化石。但去了以後最大的感受卻是蚊子，它們無時無刻不在你身邊。”

然而相比北極，南極則荒涼得多。這裡超過95%的面積常年被冰雪覆蓋，一道全球最寬的海峽——德雷克海峽（Drake Passage）——將南極洲與南半球其他大陸隔開。而南極繞極流則像是一道無形的結界，將暖流隔絕在南極洲之外。

這份荒涼也體現在昆蟲的多樣性上：北極已知的昆蟲足有兩千多種，而南極卻只有一種原生的昆蟲，這就是南極搖蚊（Belgica antarctica）。

雖然名字帶“蚊”，但南極搖蚊其實屬於搖蚊科，並不是那些我們熟悉的、會咬人的蚊子。南極搖蚊的成蟲也沒有翅膀和用於吸血的口器。（圖片來源：Igor Gvozdovskyy/wikipediaCC BY 4.0）

早在19世紀末，比利時南極科考專案（Belgian Antarctic Expedition）在南極半島的熱爾拉什海峽（Gerlache strait）附近第一次發現了這種搖蚊。而隨著之後的研究者的取樣範圍逐漸向南延伸，南極搖蚊的分佈範圍也一路南擴，超過了南緯69°。但從始至終，南極圈裡只發現了這一種原生的昆蟲。

生存不易

想要生活在南極，寒冷是最大的挑戰。即使不深入到南極點附近，只在（南極圈內）緯度相對較低的南極半島上，冬季溫度也可以達到零下數十攝氏度。但好在，厚厚的冰雪有時也可以成為絕佳的隔熱材料。這裡的陸地上颳著每秒十幾米的強風，極夜時會經歷每天19個小時的黑暗。在南極搖蚊的大部分生命中，它們都躲在冰雪下的土壤裡，安然享受著冰雪的保暖效果。測量資料顯示，在大約1釐米深的土壤中，一年有超過300天的時間溫度都不會低於-2攝氏度，即使在最寒冷的幾天，也不會低於-5攝氏度。

即使處在零度以下，南極搖蚊也有辦法避免自己被凍成冰塊。它們的血淋巴（昆蟲的“血液”）中含有天然的抗凍劑，主要成分為赤蘚糖醇、葡萄糖和海藻糖。原理類似冬天在街上撒鹽融雪，這些成分可以讓南極搖蚊體內液體的冰點降低，不至於在體內生成致命的冰晶破壞組織，尤其是破壞細胞結構。

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除了冷，南極還有另一種容易被忽視的致命問題——缺水。持續的零下溫度不僅意味著體液會結冰，也讓幾乎所有可能獲得的液態水都變成了固態。水是生命之源，但冰可不是。在寒冷的環境中，大部分生物都無法利用固態的冰。但南極搖蚊不僅擁有極強的抗脫水能力，它們甚至可以利用這一點。

與沙漠中生物抗旱的主要方式——減少水分蒸發不同。南極搖蚊會藉助身體內與外界的蒸氣壓差異，讓自己進入“保護性脫水狀態”。研究者曾在實驗室進行過測試，發現在最極端的情況下，南極搖蚊可以忍耐近70%的脫水，相比之下，人類失去體重2%的水後，認知能力就會受到損害了。

更重要的是，在極端脫水的情況下，血淋巴和細胞內液中“抗凍劑”的濃度會隨之升高，這也能進一步降低熔點，避免結冰。整個脫水過程非常迅速，而當環境變暖，溼度增加，南極搖蚊幼蟲又能迅速“覆水”—— 幼蟲可以忍受至少4個脫水-再水化週期，以適應自然的溼度波動。

對齊繁殖季

即使南極搖蚊可以保證自己不變成一坨冰塊，但在這樣惡劣的環境下，每一筆能量開支依然要精打細算——休眠就成為了一個很划算的選擇。

對許多無脊椎動物來說，一般有兩種型別的休眠。一種被稱為靜止期（quiescene），這個過程有點像蛇類的冬眠，主要由外部環境條件驅動。當外界環境足夠惡劣，例如冷到一定程度，機體就會快速停止多餘的生命活動，迅速進入靜止狀態，此時昆蟲只需要少量的營養就能維持生命。等到春暖花開，機體又能迅速復甦，恢復活力。

而另一種休眠方式則沒有這麼“隨便”，它被寫在了生物的“原始程式碼”中，被稱為滯育（diapause）。當幼蟲發育到一定程度後，會主動停止發育，進入另一種休眠狀態。此時，幼蟲的細胞分裂幾乎停滯，新陳代謝大幅減緩，直到迎來符合解除休眠的“程式條件”。一般來說，昆蟲往往只會在滯育和靜止期中採取一種策略，但最近一項發表於《科學·報告》（Scientific Reports）的研究發現，南極搖蚊會結合這兩種手段，度過南極難捱的冬天。

南極搖蚊的生命大約有2年，其中大部分時間都是以幼蟲的形式存在的。在第一年冬天，二齡幼蟲就會進入靜止期。靜止期的優勢在於靈活變通，一旦環境適宜，它們就能迅速復甦，抓緊一切機會發育長大。

然而到了第二年冬天，當南極搖蚊進入幼蟲的最後一個階段，應該準備化蛹成蟲時，它們反而不急了。研究者發現，此時，南極搖蚊的幼蟲會停止發育，轉而進入滯育期。這個強制滯育階段會隨著冬天的低溫開始而結束，此時幼蟲才會慢慢開始化蛹，蛻變為成蟲，並在第二年的夏天繁殖出下一代。