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一个与诺贝尔有关的百年之谜——“漂浮的幽灵蚊”

标签: 发布时间:2022-01-28

    幽蚊(Chaoborus midge)的淡水水生幼虫是世界上唯一真正的浮游昆虫,它们通过两对内部充满空气的囊来调节浮力,一个在胸部,另一个在第七腹部。这些昆虫如何控制气囊的体积仍然是个谜。

   

    幽蚊(Chaoborus midge)的淡水水生幼虫,由于其近乎透明,也被称为“幽灵蚊”。当幼虫在湖泊、池塘和水坑中移动时,这种透明的结构使它们看起来像微小的幽灵。Matthews博士说:“这些奇怪的昆虫在水中浮得很轻,一些昆虫在潜水过程中可以在短时间内保持中等浮力,但幽蚊幼虫是唯一能始终接近中等浮力的昆虫。”

 

解开了一个与诺贝尔奖有关的百年之谜

    有些鱼通过将血液中的血红蛋白中的氧气充气来调节自己的浮力。1911年,诺贝尔奖得主奥古斯特·克拉夫发现,幽蚊幼虫使用一种完全不同的机制,通过两对内部充气囊来调节它们的浮力。但他从未弄清楚昆虫是如何在没有血液或血红蛋白的情况下调整囊的体积的。

 

 

一个偶然的发现

    喝完咖啡回到实验室后,Matthews博士将幽蚊的幼虫的气囊安装在一个显微镜上,而这个显微镜恰好有紫外线照射。气囊开始发出蓝色的光。蓝色荧光是由于弹性蛋白——一种几乎完美的橡胶,存在于昆虫身体的某些部分,弹是它们的特点,就像跳蚤令人难以置信的跳跃所需要的弹性能量一样。“关于弹性蛋白的奇怪之处在于,它不仅具有真正的弹性。如果你使它呈碱性,它就会膨胀;如果你使它呈酸性,它就会收缩。”

   

     在博士生Evan McKenzie的带领下,研究人员发现这种昆虫的气囊中并没有分泌气体来让它们膨胀。相反,它们改变了囊壁的pH值水平,囊壁内的弹性蛋白带相应地膨胀或收缩,囊的体积也随之调整。原来幽蚊的气囊起着机械化学发动机的作用,将化学势能的变化转化为机械功。

 

   Matthews博士说:“这是一个非常奇怪的适应,我们还没去深入挖掘。现在我们才终于弄明白它们如何能在水中漂浮而不下沉!”

 

 

Evan K.G. McKenzie, Garfield T. Kwan, Martin Tresguerres, Philip G.D. Matthews. A pH-powered mechanochemical engine regulates the buoyancy of Chaoborus midge larvaeCurrent Biology, 2022


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