昆蟲是恆溫動物還是變溫動物?它們如何保持溫度?

2021-01-19 怪羅

昆蟲需要穿衣服嗎?

儘管在很多電視中,昆蟲都有自己可愛的衣服,小蟋蟀吉米尼穿著西裝戴著禮帽非常紳士。但幾億年來,昆蟲「光著身子」就成功地滲透到地球的每一個角落,它們靠堅硬的外骨骼來保護自己免受捕食者和環境危害。

那麼,不穿衣服的昆蟲是如何感知和應對大自然的溫度呢?


是熱還是冷?

大家都知道,我們是恆溫動物,也被稱為溫血動物。

恆溫系統可以控制體溫保持在37攝氏度不變,因此熱了我們需要空調,冷了需要穿衣服保暖。

人體已經發展出多種機制來保持熱量並在必要時將熱量排出體外。

出汗、起雞皮疙瘩和冷顫發抖都是我們的身體試圖保持最佳溫度的方式,其他哺乳動物也有自己的策略,比如厚皮毛和喘氣。

與恆溫動物不同,變溫動物通常被稱為冷血動物,包括爬行動物和兩棲動物。它們的體溫隨著周圍的溫度而波動,典型代表蛇和鱷魚,為了保持溫度,就非常喜歡曬日光浴


在這兩種分類中,昆蟲屬於哪一類呢?

昆蟲並不完全屬於溫血動物或冷血動物的範疇,因為它們在形態、行為和適應方面有著驚人的多樣性。

傳統上認為大部分的昆蟲是變溫動物,但並不完全是,像黃蜂、蜜蜂、飛蛾、蝴蝶和甲蟲這樣的昆蟲是恆溫的。

恆溫動物能夠根據外界條件調節體內溫度,特別是某些身體部位的溫度,它們往往擁有選擇性加熱或冷卻某些身體部位的能力。


翅膀,不僅僅是用來飛行的

想像一下,如果你的手臂形狀像翅膀,為了飛行,你必須不停地揮動手臂,艱苦且需要大量的精力。

為了產生所有這些飛行所需的能量,昆蟲必須具有快速的新陳代謝,但是體內的新陳代謝反應並不總是有效的。

昆蟲通過控制翅膀的肌肉,產生大量的熱量和能量。


飛行不僅可以吸收熱量,也可以釋放熱量。

飛行增加了昆蟲血液循環,將熱量散發到全身。

來自胸部的熱量,也就是翅膀所在的位置,被傳遞到腹部,而腹部的熱量通過蒸發流失。

腹部,就像一個散熱器,冷的時候可以「儲存」熱量,太熱的時候就像一個熱量分配器。


溫度低的時候,昆蟲往往會先熱身。

低溫並不適合飛行,因為在低溫條件下,飛行所需的新陳代謝反應不夠快。

為了克服這一點,昆蟲會進行一些熱身活動,將振翅浪費的熱量用於寒冷的天氣。它們用力前後拍打翅膀,類似於顫抖,在不飛行的情況下就能產生熱量,基本上在起飛前的幾分鐘,它們就會把自己的飛行「引擎」預熱好。


無效循環真的無用嗎?

幸運的是,發抖並不是唯一的升溫方式。

幾項研究發現,當蜜蜂在暖身時,會出現一個「無效循環」也被稱為底物循環。

通俗來講,就是兩個相反的步驟,兩個相反的路徑:糖酵解,分解葡萄糖:糖異生,合成葡萄糖。

葡萄糖+ATP→葡萄糖-6-磷酸+ADP( 葡糖激酶)

葡萄糖-6-磷酸+H2O→葡萄糖+Pi(葡萄糖6磷酸酶)

「無效」,是因為從表面看,該循環對生物沒有淨效用。但從循環來看,是一個消耗ATP的過程。

ATP是細胞的能量貨幣,細胞通過分解ATP來獲得能量,產生更多的ATP也會產生大量的熱量。反覆執行這個循環會迅速消耗ATP,而實際上沒有任何工作發生。細胞不得不加班工作,以維持一個令人滿意的ATP供應,因此也能提供更多的熱量。

在正常情況下,這兩個反應不會同時發生。細胞要麼進行糖酵解,要麼進行糖異生。

一些蜜蜂,就有這個能力啟動這個循環來產生熱量。


今天冷不冷?

為了利用這些很酷的方法來控制體溫,昆蟲必須首先知道外面是熱還是冷。

它們通過觸角上的一組感受器來完成這一過程,這些感受器被稱為瞬時感受器電位通道,簡稱TRP通道。

這些感受器對周圍溫度的變化很敏感,並將信息傳遞給昆蟲的神經系統。

研究表明,阻斷某些受體會導致昆蟲體溫低於正常水平,而阻斷其他TRP通道會使昆蟲體溫高於正常水平。

有趣的是,這些TRP通道在進化過程中被保存下來,這意味著人類和昆蟲的DNA有一些相同的基因或指令來檢測溫度。


最後

儘管人類和昆蟲有相似的基因來感知溫度,但是,昆蟲並不需要像人類一樣穿衣服或流汗,因為它們的體型很小。

《木偶奇遇記》中的小蟋蟀吉米尼看起來衣冠楚楚,實則是多此一舉。


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