廣炮步甲的生物學論文范文

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1生活史及習性

一年一代,成蟲壽命約一年。于每年四月,越冬成蟲開始活動,覓食及交尾產卵,卵經歷共三齡幼蟲和蛹的階段羽化成成蟲,六月至七月性成熟。據實驗室內觀察,成蟲在光線之下,如有遮蔽物即全部躲于遮蔽物下方;若無遮蔽物,會在塑料缸內同一個角落聚集成堆,到了夜晚則分頭覓食(圖1)。野外炮步甲經常棲息于在肥力較好,有機質含量多,濕度較大的田塊的土壤和田埂縫隙中,河流岸邊等,沒有固定的巢穴,有時也在其他昆蟲(如螻蛄或蚯蚓)造成的洞穴中或天然裂縫中,在10-20厘米的表土層中容易找到。實驗室觀察可見在無天然洞穴時,成蟲會自主挖洞,以第一對步足和上顎掘土,因沒有專門的挖掘結構,其挖洞速度稍慢,一周左右可挖出剛好伸入頭部大小的洞穴,一個月以上基本可以見到能容納整只炮步甲的洞穴。成蟲食性很廣,不僅取食其他昆蟲,而且會食用饅頭水果等。在可以選擇時,會優(yōu)先食用其它成蟲尸體,如干黃粉蟲和活黃粉蟲,炮步甲會首先取食干燥的黃粉蟲。在食物充足時沒有見到取食活體昆蟲的現象。當搶食同一只黃粉蟲時,兩只炮步甲會向對方噴射,除搶食外,它們并不互相攻擊同類,但若有自然死亡的炮步甲,剩余活體便會取食死亡個體的內臟,剩下頭胸部及腹部的外殼。

2防御行為關于防御行為作了如下幾個方面的調查:

2.1.瞄準取0.3x0.3mm大小的雙面膠,一面粘于蟲體背部正中一面固定在鐵絲上(雙面膠的黏力需要強)用以固定蟲體,再使用鑷子加以刺激(此操作需在屋內只有單一光源時可拍攝照片捕捉到噴射軌跡):1.刺激腿,炮步甲能夠通過靈活的腹部末端進行瞄準,當刺激其足時,它可以準確噴射到被刺激的部位。噴射來自前腿方向的刺激,需要腹部末端有較大的扭轉角度,來自后腿方向的,需要較小的扭轉角度。2.刺激后背,刺激后背時,炮步甲不能像刺激腿那樣精確的定位,它的腹部末端向上彎曲到最大角度所噴出的液體,基本與身體平行,無論刺激頭部、前胸、背板還是鞘翅,它都以同一向上彎曲到最大的角度噴射,但橫向角度還是有區(qū)別的,如刺激鞘翅左邊緣即噴射偏向左邊,刺激鞘翅右邊緣即結果相反。3.跟蹤瞄準,炮步甲能夠進行連續(xù)噴射和精準定位,改變刺激部位,它的腹部末端也會跟隨轉換噴射角度。例如,先刺激左中足,待它準確噴射向左中足后,立即刺激右后足,它也能立即定位右后足進行噴射,連續(xù)噴射并不影響定位準確性。

2.2.噴射次數與噴射距離炮步甲體內貯存的反應物含量有限,因此它所能進行的防御噴射次數也是有限的。將廣炮步甲固定,以鑷子進行刺激。經對20只廣炮步甲研究所得,在同樣強度的刺激下,立即噴射次數為3~5次。加強刺激和等待時間,刺激強度以不破壞炮步甲的身體為標準,直到炮步甲不再噴射,可得炮步甲總共能噴射的次數約6~9次。可見炮步甲可以進行連續(xù)噴射,但噴射次數多了以后,炮步甲需要用幾秒長的時間來晃動腹部以進行噴射,無論是噴射時間還是精準度與開始相比都有所偏差。以淀粉碘化鉀試紙鋪于蟲體下方,刺激噴射,可觀察到噴射距離。在盡量于蟲體正后方刺激,平直噴射,于紙上留下的痕跡在65mm左右,作為蟲體的最遠噴射距離。

2.3.噴射脈沖炮步甲共進化出兩個分支,brachinoid和paussoid,其中paussoid分支的炮步甲種類非常少見,其噴射過程中并沒有脈沖現象,另一類brachinoid包含了大多數種類的炮步甲[6],而廣炮步甲就屬于brachinoid分支。通過對炮步甲噴射的聲音進行錄音,并以cooleditpro軟件進行音頻處理,可見廣炮步甲的噴射確實有音頻脈沖。其噴射持續(xù)0.01～0.03s,如圖可知,0.002s左右即有一脈沖波,一次噴射有5～15次脈沖(圖2)。

3討論

國內的炮步甲屬有三個常見的近緣種較難鑒別,分別是廣炮步甲、耶炮步甲和爪哇炮步甲,三者體表花色相近,大小類似,同樣都具有“噴射”行為,難以辨別。其中耶炮步甲身體花紋稍顯不同,而廣炮步甲和爪哇炮步甲目前可見鑒別方式只有雌雄生殖器。本文所采炮步甲皆取自河北省白洋淀,根據生殖器和分布范圍可以斷定是廣炮步甲(爪哇炮步甲主要分布在中國南部)。遂對其進行詳細的形態(tài)描述予以補充便于分類。

本文對廣炮步甲的生活習性主要是實驗室內觀察,其生活史可能與野外觀察有所出入,但大體上與爪哇炮步甲習性相類似,所以主要提出幾點關于習性的補充,尤其是關于廣炮步甲的食性跟前人研究的其他種有所出入,廣炮步甲偏向雜食,并且?guī)缀醪蝗∈郴铙w昆蟲,除活體黃粉蟲和死亡黃粉蟲對比之外,筆者還曾觀察到一只廣炮步甲因為被水浸泡時間過長,處于行動非常困難的瀕死狀態(tài),卻在每當有其他炮步甲靠近時強烈掙扎移動身體或者推開其他炮步甲,直到它恢復活力不再有對其他同種的排斥行為,筆者懷疑是它怕其他炮步甲誤認為自己已死取食自己身體所致。但在食物不充足的條件下,只提供活體昆蟲廣炮步甲是否會取食還需要進一步實驗。炮步甲屬的昆蟲以它們獨特的防御方式而著名。受“炮步甲”噴射毒液的啟發(fā),二戰(zhàn)期間,美國的軍事專家研制出一種二元化武器。對炮步甲的防御行為進行研究,既有助于了解生物奧秘,又可能具有仿生學意義。世界關于炮步甲防御機制有些報道,但對于炮步甲具體的防御行為,如噴射最遠距離和噴射次數等目前還未見,本文對此作了初步調查。

每0.002秒一次脈沖即脈沖的重復速度是每秒500左右,說明炮步甲的噴射并不是連續(xù)的,是像高速機關槍一樣,一陣一陣地噴出來。這與Eisner對非洲氣步甲的研究結果基本一致,不同種間的噴射時間脈沖頻率差距不大。但脈沖產生的原因還是未知的,是昆蟲的防御腺本身有高頻率的收縮所致還是其體內化學反應結果所致,它的噴射原理能否應用到現代的工業(yè)生產中,這需要對炮步甲的噴射液的化學成分、噴射過程的進一步了解。

作者：季莉麗任國棟單位：河北大學生命科學院