在灰烬中繁衍

7 11 2019年

虽然有“飞蛾扑火”的成语,听上去很悲壮,其实飞蛾并不是被火而是被光吸引,更确切地说是“飞蛾扑光”。灯光同样能吸引它们飞扑过来。蛾是夜行动物,选择在夜间出来活动,就是为了能在黑暗中躲避天敌,趋光等于暴露自己的行踪,似乎不应该是它们的习性。它们为何会有如此反常的举动?目前对这个问题的解释还没有定论,常见的说法是飞蛾误把灯光当成了月亮,来为飞行定位,但是灯和月亮不同,与蛾离得很近,在蛾飞行时,它们之间的距离不断地发生变化。蛾试图让灯的方位保持不变,其结果就不再是沿直线飞行,而是一条围绕着灯的螺线,盘旋而来,逐渐接近光源,最后“砰”地撞上灯,或“哧”地被火烧着。学术界对这个解释是有异议的,但不管怎样,“飞蛾扑火”不是真的喜欢火,甚至不是真的喜欢光。

 

有一种昆虫,的确会“扑火”,而且是真的喜欢火。这是一种身长只有1厘米的吉丁科甲虫,美洲原住民对它们有一个很形象的称呼,叫做“火虫”,因为它的身体是黑色的,所以也叫做“黑火甲”。

 

火虫生活在森林里,人们平时难得一见。在很偶然的情况下,有时会见到它们。那时候见到的就不只是一两只,而是黑压压的一大群。在上个世纪40年代,在伯克利的加州纪念体育场观看橄榄球比赛的观众,时不时地就会受到无数火虫的骚扰,甚至还被火虫咬。这些火虫是从附近一片曾经被火烧过的森林飞过来的,吸引它们的是观众手中的烟火——那时候吸烟还非常流行,观众们几乎都是一边看比赛一边吸烟,一个体育场里同时点着的香烟能达到两万多支,这些烟火合起来,就把远处的火虫吸引过来的。在吸烟不再在美国流行而且公共场合禁止吸烟之后,这样的末日景象就再也见不到了。

 

抽烟那么小的烟火都能吸引来火虫,熊熊大火当然更会。1925年8月,壳牌石油公司储存在加州科林加(Coalinga)的75万桶石油被闪电击中,失火燃烧,把储存石油的山谷变成一片火海,烧了三天,吸引来无数火虫。但是科林加位于加州中部干燥的平原地带,周围并无森林,这些火虫是从哪里飞来的呢?昆虫学家分析,它们最可能是来自距离储存石油的地方远达130千米的一处森林。火虫在如此遥远的地方感觉到了,而且在火被扑灭之前赶到。

 

火虫被人为的火吸引来,不是为了骚扰人类,也不是为了扑火自杀,而是在寻找起火的森林,把吸烟烟火和石油火灾误以为是森林野火。加州森林起火的时候,第一时间赶到的往往不是消防员,而是火虫。在大火逐渐熄灭后,消防员会喷水消灭余烬,这时会惹来密密麻麻的火虫的攻击,就像捅了蜂窝一样。消防员为了保护自己,会戴养蜂面罩。皮肤裸露的部位,有可能会被冲上来的火虫划伤或刺伤。

 

火虫奔赴燃烧的森林,因为那是它们繁衍后代的关键所在。在森林还在燃烧的时候,赶来的火虫已开始交配。火焰一熄灭,雌火虫就飞到还有余烬的针叶树上,向烧焦的树皮里产卵。卵孵化以后,幼虫就以烧焦的树皮为食。如果树木没有被烧死,还是活的,在遭到害虫啃食时,会分泌天然“杀虫剂”——树脂保护自己。有的昆虫能抵御树木分泌的天然“杀虫剂”,但是火虫的幼虫不行,如果它们吃活的树木,将会被树脂杀死。所以它们只能以被烧死的树木为食。这听上去似乎很无奈,其实也有好处。野火过后,天敌和竞争者都被烧死或赶跑了,聚在一起交配的火虫不用担心被天敌吃掉,生下的火虫幼虫也可以放心地独享烧焦的美食,直到第二年夏天变成成虫,然后开始去寻找起火的森林,繁衍自己的下一代。

 

森林火灾的发生是很偶然的,并不容易找到。火虫怎么知道哪里的森林起火了呢?甚至能在一百多千米处就能感觉到呢?森林野火最明显的特点当然是熊熊的火焰。会不会是火虫从远处看到了火光才赶来了呢?不太可能是这个原因。火虫是白天活动的,只有在气温达到大约25摄氏度时它们才飞得动。而在白天,火焰不明显,在远处很难看到。森林野火的另一个特点是冒浓烟,烟中的物质可以在风的吹拂下飘得很远。昆虫的嗅觉通常很灵敏。火虫是不是通过感觉烟中的物质知道哪里起火呢?有人做过实验,用烟刺激火虫,并不能吸引火虫过去,因此认为火虫不是靠感觉烟来检测森林野火的。也有人做了实验,分离树木燃烧后散发出的气体,用它刺激火虫的触角,发现能引起反应,认为在火虫的触角上有烟感受器。火虫的烟感受器相当敏感,1 pg/ml浓度的气体就能让其感觉到,相当于一棵松树燃烧的时候,在1千米处感觉到。即便如此,远处的火虫也不太可能通过感受烟来定位森林火灾,因为烟在风的吹拂下飘忽不定,在远处很难定位。它们可能是在靠近起火森林时才让嗅觉派上用场。有证据表明远处的火虫的确不是被烟吸引的。糖厂储存滚热糖浆的容器和炼钢厂的熔炉有时也能吸引来远处火虫的光顾,而它们既没有向外冒火也没有冒烟,和森林野火的唯一共同点是发热。热是以红外线的形式辐射的。那么,火虫是不是通过感受红外线来察觉远处的森林野火呢?

 

动物能够感受红外线并不是一件特别奇怪的事。例如有的蛇在眼睛和鼻孔之间有一个窝器官,就是一种红外线感受器,它们在夜间捕猎时,借此能够通过感受温血猎物身体散发的红外线而“看到”猎物,就像戴着红外夜视镜一样。不过,这是在近距离“看到”的。火虫要在遥远的地方感受到森林野火发出的红外线,需要灵敏得多的红外感受器。在火虫中足靠近胸部两侧,的确有两个窝器官就是用于感受红外线的。每个窝器官含有大约70~90个红外感受器,集中在窝器官的底部。红外感受器是半球形的,直径只有12~15微米。红外感受器的外壳很薄,里面是一个直径10微米的液泡,连着一个机械刺激感受器。森林野火散发出的红外线传来,被红外感受器的外壳吸收,加热里面的液泡,液泡受热膨胀,压迫机械刺激感受器,发出神经信号,这样就让火虫感受到了火。它们飞行的时候,中足翘起,暴露出窝器官,时时感受着红外线的刺激,不断地调整飞行方向,逐渐向火源飞去。

 

森林火灾的火焰温度通常在500~1000摄氏度,发出的红外线波长为2.2~4微米。实验测定的结果,火虫的红外感受器能对波长2~6微米的红外线起反应,而对波长为2.8~3.5微米的红外线最为敏感,表明这个红外感受器就是为感受森林野火进化出来的。那么火虫对红外线敏感到什么程度呢?实验表明,当红外辐射低到每平方米0.6瓦,还能让火虫的红外感受器起反应。这相当于在前面提到的加州科林加石油起火后,在10千米处能感受到。这显然大大低估了火虫对红外线的感受能力,因为火虫是从130千米外的森林赶来的。昆虫学家通过建立模型,推算出火虫红外感受器的灵敏度至少也要是每平方米0.13毫瓦,才能感受到这场火灾。这个灵敏度与射电望远镜相当,远远高于目前市场上的任何一款红外探测器。

 

但是在火虫的周围,还有别的物体会发出热,而只要有热,就有红外辐射,周围物体发出的红外辐射可能比远处传来的森林野火的红外辐射还高,那么微弱的红外辐射淹没在周围的红外噪声中,火虫怎么能够辨别出来呢?这还是个谜。一种可能是,火虫通过对比两侧70~90个红外感受器的不同读数,来过滤掉周围的红外噪声。昆虫对气味的感受就是这样的,它们的触角上有数千个嗅觉感受器,通过分析来自这些嗅觉感受器的信号,排除周围噪声,感受微弱的气味。另一种可能是,火虫利用了“随机共振效应”:在满足某些特定条件(例如,微弱的信号是周期性的)的非线性系统中,噪声的存在反而能够增强对微弱信号的感受能力。我们知道有的动物的感官能够利用随机共振效应。例如蟋蟀利用随机共振效应,能够感受到飞来的天敌不断拍打翅膀时产生的气压的微弱变化。也许,森林野火熊熊燃烧的火焰,散发出的红外辐射给火虫提供了周期性的信号。

 

既然火虫的红外感受器要比已知的任何红外探测器都要敏感,人们就想到了要模仿它设计新型的红外探测器。实际上,已经有几个研究团队根据火虫的红外感受器研发出了仿生红外探测器。研究火虫的奇特行为,不仅能让我们感叹进化的神奇,还具有应用价值。也许,未来有一天,人们也能用仿造火虫红外感受器制造的红外探测器来监测森林火灾。

 

2019.3.7.

 

(《科学世界》2019.4.)

 

 


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