揭秘昆虫越冬术

　　越冬是生活在温带和寒带的昆虫必须经历的一次危险的历程，昆虫们在此过程中展现了高超的生存艺术。形形色色的昆虫是怎样挨过寒冷肃杀的严冬的呢？

　　惊蛰，农历中的第三个节气。农书中记载：“雷鸣动，蛰虫皆震起而出，故名惊蛰”，也就是说，在这个节气里，蛰伏的各种小爬虫都要出来活动了。相应的，惊蛰的英文单词“insects awaken”，从字面翻译便是“昆虫醒了”。

　　不过这里有个疑问，很多物种无法在低于零摄氏度的温度下存活，一旦体温降低到冰点以下，细胞中的水就会使细胞受损，通常会导致细胞死亡。我们要问的是，形形色色的昆虫是怎样挨过寒冷肃杀的严冬的呢？越冬是生活在温带和寒带的昆虫必须经历的一次危险的历程，昆虫们在此过程中展现了高超的生存艺术。下面，我们就来领略下昆虫们的越冬本领。

　　虫态篇：从卵到成虫——昆虫各式各样的过冬形态

　　在北风呼啸，滴水成冰的季节里，昆虫们都躲在哪里“睡大觉”呢？为了避免寒冷的伤害，昆虫通过寻找相对较舒适的小环境进行越冬。但是沉睡的主人却各有形态，也许是条毛虫，可能是粒蛹，抑或是某种幼虫。昆虫越冬的虫态千差万别，各有奇妙。从卵到蛹，从幼虫到成虫，不同的昆虫发展出了各自独特的越冬虫态。有些昆虫能以各种虫态越冬，比如甘蓝夜蛾的蛹躲在地下5厘米的土壤中，美国白蛾的蛹在树皮下或地面枯枝落叶处越冬，白边地老虎以卵态越冬，天牛、玉米螟的幼虫在植物的茎杆或者根茬内越冬，蝼蛄的成虫可以钻到地下1米深的地方静待春天的到来。

　　蝼蛄

　　行为篇：昆虫越冬的招数

　　迁飞

　　为了应对严寒，昆虫们必须采取行动做点什么，首先就是迁飞。昆虫作长距离、大规模的迁飞是自然界普遍存在的一种现象。昆虫迁飞的目的在于躲避不良的生存环境，开拓新的生存空间。由于季节的更替，大多数迁飞昆虫为了逃避冬季的低温环境，形成了南迁北回的迁飞规律。亚洲东部地处季风带，其春、夏季的偏南气流和秋季的偏北气流是形成昆虫逐代北迁南回，远距离季节性迁飞的气流条件。我国地处典型的东亚季风气候区，为害虫跨区域迁飞提供了有利条件。冬末春初，在中南半岛（老挝、越南、柬埔寨）安全越冬的害虫随盛行西南风通过湘桂走廊向江淮和黄淮农业区迁飞汇集；春末夏初，随着上述地区早稻和小麦的逐步收割，大批害虫通过渤海湾通道向东北地区迁移。渤海湾成为我国北方最重要的昆虫迁飞通道。

　　滞育

　　昆虫在不利于其生存的自然环境下，会进入一个滞育(diapause)阶段，在这个阶段，昆虫的新陈代谢缓慢，发育也极其缓慢。一般认为，光照、温度和食物等条件是影响昆虫进入滞育状态的主要外在因素。例如，导致河南新乡地区棉铃虫滞育的环境条件是短光照和低温，在18摄氏度以下，棉铃虫的滞育率高达96.35%，而在30摄氏度以下则降到了7.98%。

　　滞育可出现在昆虫发育的某一特定时期，可以分为卵滞育、幼虫滞育、蛹滞育和成虫滞育。而且，除了冬季滞育以外，夏季也会发生滞育。

　　棉铃虫幼虫

　　生理篇：昆虫度过冷却点——冷到几摄氏度时虫儿身体会结冰

　　昆虫是变温生物，它们的体温会随着环境温度的降低而下降。在温带和寒带地区，冬季温度通常低于冰点，但昆虫的体液却能在低于冰点以下保持液态——这被称为过冷却现象。只有当昆虫体温进一步下降到某一个特定的温度时，昆虫的体液才会开始结冰。使昆虫体液保持液态的最低温度被称为昆虫的过冷却点。

　　虫体在低温条件下，体温持续下降，直至开始结冰，释放潜热，体温陡然上升的点为过冷却点，当释放热量结束后，体温又一次开始下降的折点为冰点。

　　自从俄罗斯科学家巴赫梅捷夫（BaxMeTbeB）首次发现昆虫的过冷却现象以来，世界上有许多学者对此展开了研究。人们普遍认为，过冷却点是描述昆虫耐寒性的主要指标之一。

　　昆虫怎样避免身体结冰？

　　面对严寒，一些昆虫在抵抗身体结冰的道路上走得很远。昆虫们在进化过程中尽量降低自身的过冷却点。有时候，昆虫的过冷却能力相当惊人，飞蝗虫卵的过冷却点约为-26摄氏度；幼虫通常为-30摄氏度左右，个别种可达到-60摄氏度以下；鳞翅目昆虫蛹的平均过冷却点(MSCP)很少低于-30摄氏度。

　　飞蝗

　　为了降低过冷却点，昆虫们采取了多管齐下的策略。

　　在容易结冰的季节，体内的水多了可不是好事。于是，昆虫们降低身体的含水量，水份的排除无疑增加了体内溶质的浓度，降低了体液的冰点和过冷却点。例如，桑螟越冬幼虫的体内含水量会随气温下降而逐渐减少，过冷却能力却随之增强。此外，由于含水量的降低，体内连续较大的整体水相可以被一些组织或某些高浓度的物质分离, 从而有利于昆虫体液的过冷却。

　　除了降低含水量，某些容易诱导体液结冰的物质也在排除之列。这些物质一般是昆虫从周围环境中获得的异源冰核物质。包括进入其消化道的食物颗粒、尘粒、冰核微生物和某些寄主植物体内的蛋白质，这些冰核物质在低温条件下诱导结冰，造成其消化道膨胀破裂，从而导致昆虫死亡。非滞育的麻蝇在幼虫与蛹的越冬过渡期，通过移去异源冰核过冷却点从-11摄氏度下降至-23摄氏度。

　　另外，在身体内积累一些抗冻物质也是很重要的。昆虫体内的抗冻物质包括小分子物质和抗冻蛋白这两类。

　　昆虫体内的抗冻小分子物质较多，主要包括甘油、山梨醇、甘露醇、五碳多元醇、海藻糖、葡萄糖以及氨基酸等。不同昆虫所积累的物质种类和含量是不同的，但大多昆虫都用几种抗寒物质构成一个物质系统。如赤松毛虫的越冬幼虫的抗寒物质由小分子碳水化合物山梨醇、葡萄糖、海藻糖、糖蛋白及氨基酸苏氨酸、丙氨酸、谷氨酸等组成；黄地老虎的越冬幼虫采取小分子糖-氨基酸-糖蛋白系统；欧桦小蠢虫的越冬幼虫的小分子系统由甘油、山梨醇、葡萄糖和海藻糖构成。

　　抗冻蛋白是一类能控制冰晶生长、抑制冰晶之间发生重结晶，以及防止小的冰晶凝聚成大的结晶的蛋白质。昆虫体内的抗冻蛋白在寒冷和较温暖的天气都能产生并维持其抗冻活性，避免寒冷冬季和其他季节偶然轻微结冰温度的出现所造成的损伤。越冬的拟步行甲幼虫的抗冻蛋白在9月中旬开始出现，秋天积累，11月至次年2月达到高峰期，春季则逐渐下降，直至5月末消失。赤翅甲虫的抗冻蛋白的季节性变化更为明显，其活性在早秋时开始增加，秋季达到高峰，然后开始下降，在夏季也存在较低水平的活性。

　　赤翅甲虫

　　结冰的昆虫如何保护自己？

　　不过，严寒之下，有些昆虫却采取了相反的策略，它们并不阻止体内结冰，而能忍受体液结冰，这被称为昆虫的耐冻性。具有耐冻性的昆虫，体液内含有冰核物质，这种冰核能在低温下诱导结冰，引起细胞外结冰，从而避免细胞内部的重要部位结冰。有些耐冻昆虫的体内，冰核物质常年存在，比如叶甲依赖冰核物质可避免因夏季昼夜温差较大而导致的伤害。而有些昆虫，如步甲，则需要经冬季低温驯化以后，体内才存在冰核物质。

　　马铃薯叶甲

　　结尾篇：冷驯化——让昆虫增强抗寒能力

　　尽管各种昆虫忍受寒冷的能力有大有小，但是研究表明，可以通过某种手段，让昆虫的耐寒能力得到提高。冷驯化便是一种昆虫有效的提高自身耐寒能力的途径。所谓冷驯化，是将昆虫暴露于亚致死低温一段时间以后，可有效地提高其在致死低温下的存活率的过程和现象。多种昆虫经过冷驯化后，耐寒性显著提高。

　　果蝇

　　快速冷驯化的处理温度较低，可在短时间（几小时，甚至几十分钟）内提高昆虫的耐寒性，果蝇在暴露于－5摄氏度之前经快速冷驯化处理(以每分钟0.1摄氏度从25摄氏度降温到0摄氏度，并在0摄氏度保持1小时)处理72小时后的死亡率为37%，显著低于直接进行冷休克处理的60%。

　　黄星天牛

　　长时间冷驯化则需要较长时间（几天，几周甚至几个月）来完成，可显著延长昆虫在亚致死低温下的存活时间，对黄星天牛卵的耐寒性研究表明，经长时间冷驯化(15.5摄氏度保持9天)处理后再暴露于0～－22摄氏度的低温时，卵存活率显著高于对照组(25摄氏度保持5天后进行低温暴露)。

　　昆虫作为生物界物种多样性最丰富的类群之一，在长期进化过程中形成了各种提高耐寒的能力和适应低温变化的策略。事实上，许多昆虫都有一个由南向北扩张的历史，而耐寒性是热带种群向温带及寒带扩张的一个必备的条件。

　　扬子鳃蛭

　　一种名为“扬子鳃蛭（Ozobranchus jantseanus）”的水蛭物种能够在液氮（-96摄氏度）的超低温下存活24小时，在-90摄氏度的低温下能够存活32个月。而且它能够在20摄氏度到-100摄氏度的温度范围内，承受反复的冻融循环。海藻糖或甘油都是众所周知的冷冻防护剂，这种水蛭体内并为被发现有这两种物质。超级脱水状态是存活于寒冷温度中的一种常见方法，但这种寄生虫没有足够的时间进入到这种状态。令人惊讶的是，它已经进化出一种高度专业化而且不为人知的方式来忍受组织中的生理水分结冰，它们已经以某种方式进化出了忍受这种寒冷的天赋才能。

　　这些发现能够有助于研发不需要添加剂的全新低温储存方法，而且能够帮助复活那些冰冻在永冻土中的生物体，比如南极洲，甚至其它星球。或许它还能够帮助我们改善目前的人体冷冻技术。在了解了昆虫的越冬本领以后，我们是否会觉得那些土坷垃、缝隙、草丛里的小生灵，瞬间变得高大上了呢？（来源：蝌蚪五线谱）

　　责任编辑：春梅

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