出品：科普中國(guó)

作者：蘇澄宇（科普創(chuàng)作者）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

在持續(xù)兩個(gè)小時(shí)的鉆孔后，一只寄生蜂穿透了2mm厚的聚苯乙烯培養(yǎng)皿，小心翼翼地在器皿壁外產(chǎn)下一顆半透明的、形如米粒的卵……

在培養(yǎng)皿外邊產(chǎn)下的卵

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

這是一個(gè)關(guān)于寄生蜂的實(shí)驗(yàn)，不過(guò)做實(shí)驗(yàn)的是一個(gè)13歲的俄羅斯少年。馬特維·尼克爾斯帕格對(duì)寄生蜂非常著迷，因?yàn)樗鼈兊姆敝撤绞接悬c(diǎn)獨(dú)特，它們沒(méi)有自己的固定巢穴，而是將卵產(chǎn)在其他昆蟲(chóng)或植物體內(nèi)，這也是其得名“寄生”蜂的原因。

旋小蜂：用產(chǎn)卵器在培養(yǎng)皿上打洞

為了研究寄生蜂的產(chǎn)卵方式，他在家里搭建了一個(gè)屬于自己的實(shí)驗(yàn)室。從2017年開(kāi)始，他就一直在薩拉托夫市附近的田間尋找、捕捉一種名為旋小蜂（Eupelmus messene）的寄生蜂。

他總共抓了56只雌性旋小蜂，其中18只放在了聚苯乙烯培養(yǎng)皿里飼養(yǎng)。除了定時(shí)給食物，培養(yǎng)皿里面啥都沒(méi)有，空蕩蕩的。他將其余的旋小蜂放在了有植物莖葉的培養(yǎng)皿里飼養(yǎng)，以便將其做成蟲(chóng)癭來(lái)寄生。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

這里得說(shuō)明一下，寄生蜂在正常情況下都會(huì)用植物組織或其他昆蟲(chóng)作為筑巢對(duì)象，用產(chǎn)卵器把自己的卵注射進(jìn)里面，被寄生的部分會(huì)因?yàn)榧?xì)胞加速分裂和異常分化，導(dǎo)致畸形瘤狀物的產(chǎn)生，這就是蟲(chóng)癭，也就是那些寄生蜂寶寶居住的巢穴。

寄生蜂產(chǎn)生蟲(chóng)癭的過(guò)程

（圖片來(lái)源：plos one）

不管怎么說(shuō)，大部分植物的莖葉硬度是沒(méi)有培養(yǎng)皿的硬度高的，寄生蜂可以輕而易舉地刺穿莖葉來(lái)繁衍后代，這也是它們的基本能力。但很少有人想到寄生蜂居然可以刺穿較高硬度的培養(yǎng)皿。

那18只放在培養(yǎng)皿的旋小蜂，有5只并沒(méi)有因?yàn)槭チ撕线m的寄生對(duì)象而放棄產(chǎn)卵，反而用銳利的產(chǎn)卵器在塑料培養(yǎng)皿上打洞。它們的產(chǎn)卵器長(zhǎng)度為2mm，直徑為20μm，尖端還有著鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。

旋小蜂的產(chǎn)卵器位置

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

旋小蜂的產(chǎn)卵器

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

產(chǎn)卵器的尖端

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

打洞的過(guò)程并不簡(jiǎn)單，根據(jù)尼克爾斯帕格的統(tǒng)計(jì)，平均下來(lái)，一只旋小蜂刺穿一個(gè)培養(yǎng)皿大約需要兩個(gè)多小時(shí)。

他觀察發(fā)現(xiàn)，旋小蜂鉆刺培養(yǎng)皿的過(guò)程用了三種不同的動(dòng)作，第一種是類(lèi)似搖晃的推壓動(dòng)作，第二種是旋轉(zhuǎn)，第三種是猛烈地突刺。

被刺穿的培養(yǎng)皿

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

不過(guò)旋小蜂打洞也不是一直不停的，而是在此期間會(huì)喝水、吃東西，吃飽喝足后又找回原來(lái)的鉆孔對(duì)象繼續(xù)鉆刺。

在培養(yǎng)皿留下的洞

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

在完全鉆透培養(yǎng)皿后，其底部會(huì)留有一個(gè)直徑30μm的小洞，旋小蜂媽媽會(huì)小心翼翼地將卵放置到培養(yǎng)皿外邊。盡管培養(yǎng)皿外邊也沒(méi)有養(yǎng)分可以給卵吸收。

在培養(yǎng)皿外邊產(chǎn)下的卵

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

尼克爾斯帕格還觀察到了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，那些生活在有蟲(chóng)癭可寄生的旋小蜂里，有3只選擇在塑料上打洞。明明有活物可以寄生，非要在毫無(wú)生機(jī)的聚苯乙烯上打洞，對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，尼克爾斯帕格也暫時(shí)沒(méi)找到解釋的辦法。

2023年8月，年輕的尼克爾斯帕格在《膜翅目昆蟲(chóng)研究》雜志上發(fā)表了關(guān)于這項(xiàng)研究的論文，并且在俄羅斯薩拉托夫國(guó)立大學(xué)攻讀學(xué)士學(xué)位。

除此之外，關(guān)于這個(gè)研究還有很多的疑問(wèn)。比如，刺穿較高硬度的培養(yǎng)皿來(lái)產(chǎn)卵是一個(gè)犧牲的行為，這會(huì)不會(huì)損害到它的產(chǎn)卵器？其他種類(lèi)的寄生蜂會(huì)不會(huì)也具有同樣的穿刺能力呢？

不管怎么樣，這個(gè)研究證明了旋小蜂產(chǎn)卵器的鉆刺能力。如果能搞明白其中的原理機(jī)制，以后可以將其應(yīng)用到其他穿刺類(lèi)工具的發(fā)明之中。

那寄生蜂為什么可以刺穿培養(yǎng)皿呢？

馬尾姬蜂：穿刺宿主的又一證明

關(guān)于寄生蜂穿刺宿主這件事，其他科學(xué)家也很感興趣，只是其他科學(xué)家找的不是旋小蜂，而是一種馬尾姬蜂（Ichneumon sargassum）。和前者不一樣的地方是，它的產(chǎn)卵器更長(zhǎng)，長(zhǎng)度達(dá)到了40mm，是前者的20倍。

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

因?yàn)楫a(chǎn)卵器足夠長(zhǎng)，所以馬尾姬蜂的穿刺動(dòng)作看起來(lái)也更夸張，它會(huì)把腹部高高翹起，然后狠狠地扎入植物組織內(nèi)。不管從哪個(gè)角度看過(guò)去，馬尾姬蜂的穿刺動(dòng)作都比旋小蜂恐怖得多……

馬尾姬蜂的穿刺動(dòng)作

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

如此細(xì)長(zhǎng)的穿刺動(dòng)作，看起來(lái)讓人不禁擔(dān)心，它的產(chǎn)卵器是不是隨時(shí)會(huì)彎掉，甚至斷掉。研究者正是從此角度進(jìn)行試驗(yàn)，看它是怎么在穿刺過(guò)程中保持機(jī)械穩(wěn)定的。

在這里涉及到了一個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞，叫作**“歐拉臨界力”**。歐拉臨界力是指細(xì)長(zhǎng)桿在彈性范圍內(nèi)穩(wěn)定的最大受壓力，它與壓桿的長(zhǎng)度、截面形狀、尺寸、材料、支撐情況有關(guān)。突破歐拉臨界力會(huì)導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)桿失穩(wěn)，即產(chǎn)生塑性變形，無(wú)法恢復(fù)原狀。

在對(duì)馬尾姬蜂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它的產(chǎn)卵器能夠承受比歐拉臨界力大10倍的應(yīng)力而不會(huì)斷掉。要知道，很多人類(lèi)制成的細(xì)長(zhǎng)穿刺工具都做不到這一點(diǎn)，而馬尾姬蜂做到了。

那它的產(chǎn)卵器是如何做到能夠承受如此大的應(yīng)力呢？

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，馬尾姬蜂的產(chǎn)卵器并不是簡(jiǎn)單的一根針，而是有著多重結(jié)構(gòu)，可以交替地收縮和伸張，每次收縮都會(huì)形成一個(gè)提升張力，進(jìn)而能承受更大的應(yīng)力。

產(chǎn)卵器穿刺過(guò)程會(huì)彎曲但不會(huì)斷掉

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它的產(chǎn)卵器更像一個(gè)由多部分組成的柔性微針，因此可以在保持產(chǎn)卵器剛性的同時(shí)提高安全性，讓其不會(huì)輕易斷掉。

韋氏縮腹榕小蜂：金屬鋅+產(chǎn)卵器

光柔不夠，還得夠硬！

有人還對(duì)寄生蜂產(chǎn)卵器的最尖端部分進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)雖然產(chǎn)卵器整體顯柔性，但其尖端部位卻異常的堅(jiān)硬。

寄生蜂的穿刺動(dòng)作

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3]）

2014年，科學(xué)家對(duì)韋氏縮腹榕小蜂進(jìn)行了試驗(yàn)，用掃描電鏡子和原子力顯微鏡對(duì)其產(chǎn)卵器進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)它的尖端富含鋅。

電鏡下富含鋅的產(chǎn)卵器尖端

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3]）

有了金屬的加成，寄生蜂的產(chǎn)卵器尖端硬度大大加強(qiáng)，再加上它的鋸齒，刺穿無(wú)花果完全不是問(wèn)題。

當(dāng)然，我們有理由相信，前面介紹的旋小蜂之所以可以刺穿培養(yǎng)皿，有很大的可能是因?yàn)樗漠a(chǎn)卵器尖端也是金屬的，產(chǎn)卵器中部也是柔性的。

結(jié)語(yǔ)

在日常生活中，蜜蜂的蜂針往往令人害怕，一個(gè)不小心就會(huì)被蟄得疼痛難忍。令人更意想不到的是，寄生蜂的“針頭”居然還能刺穿高硬度的培養(yǎng)皿。盡管這些動(dòng)物身上的針刺會(huì)給人類(lèi)的皮膚造成傷害，但其運(yùn)作原理也為我們看待自然生命體提供了新的視角。

參考文獻(xiàn)：

[1]Nikelshparg MI, Nikelshparg EI, Anikin VV, Polilov AA (2023) ?Extraordinary drilling capabilities of the tiny parasitoid Eupelmus messene Walker (Hymenoptera, Eupelmidae). Journal of Hymenoptera Research 96: 715-722.

[2]Wen, Rongwei & Wang, Zheng & Yi, Juan & Hu, Yong. (2023). Bending-activated biotensegrity structure enables female Megarhyssa to cross the barrier of Euler’s critical force. Science Advances. 9. 10.1126/sciadv.adi8284.

[3]Lakshminath Kundanati, Namrata Gundiah; Biomechanics of substrate boring by fig wasps. J Exp Biol 1 June 2014; 217 (11): 1946–1954.