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與恐龍生活到和人類同居:蟑螂的超強適應力

琥珀中的蟑螂化石

那顆透明鵝黃色的琥珀,透出亮黃色的光芒,它包覆了一隻曾和恐龍生活過的遠古蟑螂,保留住了遠古的一瞬間,將千萬年前的地球濃縮在一顆透明的石頭之中 [1]。Peter Vršanský的研究團隊仔細地端詳著這隻好久、好久以前的蟑螂,思考著,牠能夠告訴我們什麼故事呢?

昆蟲的祖先遠從石炭紀(約三億年前)就開始生活在地球上,並且從二疊紀大滅絕(約二億五千萬年前)後開始繁盛,而其中一支網翅總目(Dictyoptera)的昆蟲,和恐龍一同演化(恐龍約在二億三千萬年前出現),食肉的螳螂目(Mantodea)首先分家,演化成現代的螳螂。而蜚蠊目(Blattodea)的兄弟則吃起了雜食和木頭,站穩了生態圈的分解者角色。一支保留了少許的社會性風格,演化成現代蟑螂,另一支蜚蠊目昆蟲則是將社會性推向了至高點,成了真正的社會性蟑螂-也就是我們現在熟知的白蟻家族 [2]。

什麼都吃:恐龍的便便、人類的垃圾

Peter Vršanský等人用x光掃視了這隻還不到4公厘的遠古蟑螂,在檢視消化道過程中,發現了植物的顆粒,並在植物顆粒的表面上,有著被動物消化的痕跡。有鑑於當時稱霸地球的草食性動物就是恐龍,研究團隊這麼地寫了:「草食恐龍的糞便化石這麼難被找到的原因,就是因為遠古的蟑螂扮演了完美的清除者嗎?」

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現代蟑螂的環境,比遠祖更加的複雜,在人類環境裡的垃圾,如:膠水、腐敗物、頭髮等,都是蟑螂的食物。生物學家很早就在思考,為什麼蟑螂吃了這麼多細菌,都不會生病呢?自從佛萊明(Sir Alexander Fleming)爵士在1928年發現了盤尼西林後,抗生素和細菌近百年的惡戰就此展開。近年來從微生物取得新藥的方法漸漸地枯竭,科學家將目光轉向蟑螂,牠們獨樹一格的免疫系統成了抗生素的新希望。

昆蟲體內有酚氧化酶(phenoloxidase)擔任第一道防線,能產生許多劇毒的氧化物(如:超氧化物/superoxide、雙氧水/hydrogen peroxide、高活性氮化物/reactive nitrogen intermediate),無差別地殺死外來的細菌和真菌 [3]。但蟑螂的防禦系統可沒那麼簡單,科學家曾做過試驗,將細菌注入美洲蟑螂體內,藉此刺激它們的血淋巴系統(hemolymph) [註],產生具有專一性的抗菌蛋白。再取出蟑螂的體液,結果發現蟑螂的血淋巴能夠消滅75%的細菌,其中包含了醫院常見的感染菌-金黃色葡萄球菌和大腸桿菌 [4]。今日我們所厭惡的蟑螂,在未來很有可能就會變成藥廠老闆們眼中的可愛員工了。

  • 註:昆蟲的結構並沒有將血液和淋巴系統分開,因此在牠們體內流動的並非血液,亦非淋巴液,故稱血淋巴(hemolymph)。

反應能力:人類比不過蟑螂

那隻琥珀中蟑螂也許已經結束了牠的故事,但牠的後代們,持續地寫著蟑螂的故事,經歷了幾千萬年的演化,現代蟑螂已經將身體的能力強化到不可思議的地步。前文 <除了你家的小強,還有其他漂亮的蟑螂> 已經敘述了蟑螂的高速奔跑能力,那麼牠們的瞬間反應力呢?

古代時,和恐龍同居要閃躲牠們的腳步,而現代蟑螂搬進了水泥住宅,貓咪和人類仍舊是一大威脅,因此蟑螂練就了反應快速的神經系統。和人類不同,蟑螂的神經中樞並非一黨獨大,腦、胸、腹等神經節,各自控制著身體不同部位的動作(所以切除部分身軀仍可快速行動)。

權力下放的策略加速了蟑螂的神經反應 [5],而腹面和腳上遍佈的剛毛能感受到輕微的風吹草動,遠在你走近蟑螂之前,牠就早已逃之夭夭。曾有科學家用氣流對美洲蟑螂進行測試,從氣流的啟動到蟑螂逃逸,中間的反應時間僅有短短的11毫秒(msec)。那一般人類在面對危難時的反應時間呢?大約是0.5秒 [6]。

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70年前,原子彈首次被用於戰爭之後,地球的核子滅絕就成了人類最恐懼的事情。倘若輻射籠罩戰區,人類和蟑螂,那個先陣亡呢?遠在美、俄對立的冷戰時期,Mary H. Ross, D. G. Cochran兩位學者就解答了這個疑惑。牠們以德國蟑螂為模型,研究了蟑螂對於輻射線的抵抗力。結果顯示,大約需要6400-9600 雷得(rads)才能殺死德國蟑螂的成蟲,若僅針對細胞分裂旺盛的生殖系統,則降到約3200 rads就能讓德國蟑螂不孕 [7]。但以人類這種生物來說,半致死率僅有約400-500 rads而已 [8, 9]。仔細想想,大自然真的很厲害。

寫在文末

在撰寫此篇文章,腦海中時不時的會浮現「火星異種」這部漫畫。我並不喜歡作者的設定,為什麼蟑螂一定要演化成跟人類一樣:重心不穩的雙腳站姿、無法全開的上下顎、窄視野的視覺系統呢?蟑螂自己的演化策略,後代多、速度快、身型極小,明明就比人類更能夠面對艱困的火星環境啊!

參考文獻

  1. Peter Vršanský, Thomas van de Kamp, Dany Azar, Alexander Prokin, L’ubomír Vidlička, Patrik Vagovič (2013) Cockroaches Probably Cleaned Up after Dinosaurs, PLoS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0080560
  2. 深山虫吟, 解碼昆蟲的家譜, 果壳网
  3. Isaac González-Santoyo and Alex Córdoba-Aguilar (2011) Phenoloxidase: a key component of the insect immune system, Entomologia Experimentalis et Applicata, 142, 1-16
  4. Milad Latifi; Mohammad Yousef Alikhani; Aref Salehzadeh; Mansour Nazari; Ali Reza Bandani; Amir Hossein Zahirnia (2015) The Antibacterial Effect of American Cockroach Hemolymph on the Nosocomial Pathogenic Bacteria, Avicenna journal of clinical microbiology and infection, 2, e23017
  5. Josh S. Titlow, Zana R. Majeed1, H. Bernard Hartman, Ellen Burns, Robin L. Cooper (2013) Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System, Journal of Visualized Experiments, 81, e50584
  6. 中華民國交通部運輸研究所90.04.24.運安字第900002569號函
  7. Mary H. Ross, D. G. Cochran (1963) Some Early Effects of Ionizing Radiation on the German Cockroach, Blattella germanica, Annals of the Entomological Society of America, 56, 256-261
  8. 趙楷,陳兼善,孫克勤,趙德銘,賈福相,翁 (1998) 正中動物學辭典,正中書局,中華民國
  9. 許文林,放射治療之基本原理,中華民國三軍總醫院官方網頁

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關於作者

Chiang Wei-Lun

蔣維倫。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑、三花貓。曾意外地先後收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學PanSci專欄作家、上下游新聞市集公民寫手、故事專欄作家。 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9 https://www.newsmarket.com.tw/blog/author/miss9ch/