蝴蝶还记得自己还是毛毛虫时的事吗?

随着年龄的增长,我们会变得越来越怀旧,还好我们有一个不错的大脑,让我们记住了这些事。

更幸运的是,我们身边有一大堆亲人朋友,以及录像和照片来帮助他们重新唤起那些美好的记忆。

然而在昆虫的世界里,比如一只蝴蝶,它没有亲人朋友,而且它从卵到成虫经历了一段和我们完全不一样的发育过程,它能记住自己的往事吗?

关于变态发育

一只漂亮的蝴蝶必须有一条令人反感的毛毛虫蜕变而来,这个过程被称为变态发育!

在生物学上,变态发育是指个体生命周期中,从幼体阶段到成体阶段,在形状、结构或两者同时发生的令人印象深刻的转变。

有些变态发育的例子比较微弱,比如海星。它们的对称性发生了变化,从幼体的两侧对称转变为成体的放射状对称。

虽然,海星的幼年期和成体期有几个不同的变化,但总的来说,它们还是出生时的水生生物。

然而,有些动物经历了更加戏剧性的变化,几乎无法从幼体形态识别出来,我们甚至要用两不同名字来区分它们。

比如青蛙,幼年期被称作蝌蚪,而它最终成体后被称作青蛙,从幼体的水生到成体的半水生,青蛙完全变了样。

当我们谈论蜕变的时候,往往想到的是那些在变态发育过程中长出翅膀的生物,这也是最有趣的变态发育。

图为:蜕皮激素和保幼激素控制变态发育

昆虫的蜕变

从出生开始,每一条毛毛虫就注定要变成蝴蝶,它的器官也知道这一点,因为这些毛毛虫都有一组称为“器官芽”的细胞,这些细胞已经被配置成像翅膀、触角、生殖器和腿这样的成虫结构。

然而,在幼年期,毛毛虫产生了大量的保幼激素阻止了这些细胞的过早地发育,毛毛虫的任务就是觅食。

在进食的过程中,为了达到一定的体型,它的肌肉、内脏和其他内部器官会得到发育。即便如此,在这段时间内,“器官芽”仍处于抑制状态,不活跃。

当毛毛虫长到一定的尺寸时(不同种类的毛毛虫有不同的尺寸),它体内的保幼激素浓度就会降低,而蜕皮激素在这个阶段爆发促使毛毛虫离开了幼虫阶段。

毛毛虫蜕皮,露出坚硬的外壳(即茧)。蝶的器官芽”细胞与蝶蛹的发育过程是同步的,并逐渐发育成为蝶的特征。

当体内没有保幼激素时,蜕皮激素就会再次释放,从而促使一只美丽的蝴蝶破茧而出。蝴蝶的任务交配并产卵,从而继续它的生命周期。

但是,在茧里面都发生了什么呢?毛毛虫的脑组织能在这个过程中一直存活吗?

茧里的故事

很长一段时间以来,科学家们认为毛毛虫在茧里变成了又肥又软的糊状物,然后再变成蝴蝶。

人们相信,一些能够分解组织的酶(比如半胱天冬酶)被释放出来,溶解了毛虫的组织,特别是肌肉和肠道细胞,而蝴蝶不需要这些细胞。

由于蝴蝶只需要生存到交配阶段,所以肠道的大小和结构就变得可有可无。另外,一些新的肌肉细胞产生来支持从爬行到飞行的转变。

然而,与之前的观点相反,蝴蝶并没有被完全改造,而是被看作是一种重塑的毛毛虫。CT成像显示,一些关键结构保持相对不变,一些进行了调整和排除,以使新机体更高效。

例如,昆虫呼吸时所通过的气管是不受影响的,因为它们是呼吸所必需的。这些呼吸管会变大,为身体提供更多的氧气,因为飞行比行走消耗更多的能量。

然而,当涉及到大脑时,情况就变得更加复杂了。大脑是由许多不同的部分组成的,因此很难确定哪些部分在茧中发生了改变。

一项研究通过直接惊吓一些毛毛虫来证明它还能保持记忆力。该研究通过训练烟草天蛾幼虫,让它们厌恶和避开酒精的气味。(只要它们闻到这种气味,就会受到轻微的电击。)

研究人员随后将毛毛虫放在一个Y形管的底部,Y形管的一边管道里有酒精气味,另一边正常。被研究的幼虫里,有78%的幼虫会从有气味的管道爬到没有气味的管道。

一开始,在毛虫变成蝴蝶后,这种条件作用就消失了。

但令人惊讶的是,当毛毛虫在幼虫周期的后期进行这种训练时,甚至在毛虫变大之后,对乙酸乙酯的厌恶就会保留了下来。

其中77%的蝴蝶在蜕变后被重新引入Y形管后,会趋向于没有气味的管道。

该研究证明,负责味觉、嗅觉、记忆和学习的神经组织在变形过程中保持完好。

同时,解剖学证据也支持这一发现。蘑菇体是昆虫大脑中成对的结构。在幼虫阶段,蘑菇体负责用触角“品尝”食物,同时影响学习和记忆。在成体阶段,他们不仅负责“品尝”和学习,而且负责“嗅”。

因此,他们可能在痛苦的电击刺激和乙酸乙酯的“味道”之间形成了一种联系。由于蘑菇体对生物体的生存非常重要,它们大部分未被修改,而大脑的其他部分可能进行修改以适应新的身体,这是蝴蝶能够保持这种条件作用的原因。

最后

值得注意的是,毛毛虫和蝴蝶等昆虫的记忆与人类的记忆非常不同。昆虫的记忆仅限于生存问题,比如什么好吃什么不好吃,应该远离什么或者朝着什么飞去。

总之,与人类不同的是,蝴蝶不能记住它们作为毛虫时的个人经历(如果有的话),因为它们的记忆是严格的生物性质。

但是,它们能够回忆起危害他们健康的事情——比如一次电击!