昆虫的“衣”
如果从衣服的遮身护体功能来看,昆虫也身披有类似于衣服的东西,在此称之为昆虫的“衣”。有些昆虫的“衣”由虫体的构造物或排泄物制成,有些“衣”的材料是来自昆虫周边的环境,另一些则是二者兼而有之。
爱穿新衣的昆虫
昆虫的体壁是虫体内部器官和外界环境之间的保护性屏障。从外表来看,昆虫身体表面是由一块块以膜状物相连的骨板组成,仿佛穿了一件盔甲。这些骨板构成了昆虫的外骨骼。在外骨骼还未完全硬化之前,昆虫身体可以增大。外骨骼一经硬化后,昆虫的生长受到限制。昆虫自卵中孵出后,随着生长,幼虫要重新形成新表皮,将旧表皮脱掉,这个过程称为蜕皮,而脱下的旧表皮叫“蜕”。幼虫的生长与蜕皮周期性交替进行,每一次蜕皮后,都伴随着一次快速的个体增长,然后速度减缓,再蜕皮。若把所脱下的“蜕”看成一件“弃衣”,昆虫的一生中会脱掉多件或许多件“弃衣”。
在正常情况下,昆虫生长一个阶段后便蜕一次皮,其生长、发育程度可用蜕皮的次数来表示。从卵孵化到幼虫第一次蜕皮之前的阶段叫第一龄幼虫,经第二次蜕皮后的幼虫叫第二龄,以此类推,这就是虫龄的概念。在相邻的两次4兑皮之间所经历的时间,称为龄期。例如,某虫第一次蜕皮到第二次蜕皮经过3天,那么该虫2龄幼虫的龄期为3天。幼虫蜕皮后仍为幼虫的蜕皮叫生长蜕皮。幼虫蜕最后一次皮后变为蛹,老熟若虫蜕皮变为成虫,这种蜕皮叫。
昆虫一生中的蜕皮次数随种类而异。多数有翅亚纲昆虫一生的蜕皮次数大都在3~12次,如直翅目和鳞翅目幼虫通常为4~5次,金龟甲为3次。双尾目的双尾虫和蛱尾虫仅一次。多者如蜉蝣、石蝇等则蜕20~30次皮,衣鱼可多达50-60次。高等昆虫中仅幼虫蜕皮。唯有弹尾目昆虫和缨尾目的某些种类,成虫期仍可继续蜕皮。
同一种昆虫的蜕皮次数是相对稳定的。但是,蜕皮次数会随昆虫性别的不同,以及温度、食料等环境因素的变化而增加或减少。一般而言,雌虫比雄虫多蜕皮1~2次,如衣鱼、蝗虫、介壳虫等昆虫。在一定的温度范围内,随着温度的升高,蜕皮次数趋于减少,例如,大菜粉蝶在14~15°C条件下蜕5次皮,而22~27°C时蜕皮次数减少为3次。饥饿时,昆虫往往增加蜕皮次数,以抵抗不良环境,如皮蠹在饥饿条件下的蜕皮次数由4次增至40次,但是,过多的蜕皮会导致虫体越蜕越小。
蝴蝶与它的彩衣之谜
蝴蝶的体色取决于身体上的鳞片和毛。蝴蝶的美丽色彩和图案则主要归功于覆盖于蝶翅上的粉状物。看上去,蝴蝶仿佛穿了两件美丽的“彩衣”,可是,这件“彩衣”极为脆弱,用手指轻碰一下,翅上的粉状物随即脱落。事实上,粉状物为扁平囊状物,称之为鳞片,其基部有一小柄镶嵌在翅膜的凹窝内。每块鳞片是由一个称为鳞细胞的表皮细胞延伸而成。鳞片形状变化多端,呈毛状或叶状,有长有短,有细有宽,有的尖端还带有锯齿。鳞片一般有150~200微米长、30~100微米宽。鳞片在翅面上的排列十分有规律,以特定间隔从翅基部到翅端部方向呈覆瓦状排列,每平方毫米分布有200~600块鳞片。鳞片可分为覆鳞和基鳞两种类型。覆鳞的基部有肩状凸起,而基鳞的基部无肩状凸起,呈钝圆形。覆鳞一般比基鳞长,并且完全覆盖住基鳞。覆鳞和基鳞在翅面上通常交替排列。每块鳞片都有其颜色。正是五颜六色的鳞片及其排列方式使蝴蝶有了五彩缤纷的颜色和美丽的图案。
鳞片的色彩显现可分为三类,即色素色、结构色和混合色。
色素色又称化学色,是因色素存在而产生。色素存在于鳞片的表皮中,它们能吸收某种光波,而反射其他光波,从而呈现特定的色彩。鳞片的色素主要有四类:黑色素、眼色素、蝶呤色素和黄酮化合物。黑色素是最常见的色素,主要形成黑色、褐色、黄褐色、红褐色等。眼色素是由色氨酸形成的红褐色素。蝶呤色素由尿酸形成,产生白色、黄色、金色。黄酮化合物主要是从植物中获取,使鳞片呈现黄色、红色等。粉蝶科的蝴蝶可分为白粉蝶和黄粉蝶两大类。白粉蝶的鳞片中所含色素仅能吸收紫外光,所以呈现白色;而黄粉蝶鳞片内的色素不仅能吸收紫外光,还可吸收蓝光和绿光,故鳞片呈黄色。
“彩衣”主要有三种功能:其一,能调节体温,气温升高时蝴蝶的鳞片会自动张开,改变太阳光照射的角度来散热。气温下降时鳞片会紧贴在身体表面,让阳光直射在鳞片上,吸收更多的太阳能。其二,有助于同伴之间的交流和求偶。例如,雄性闪蝶翅正面的明亮蓝色是一种远距离信号,在相距400米远处仍然可见。有几种黄粉蝶的雄性个体的鳞片能强烈反射紫外光。如尖钩粉蝶的覆鳞和基鳞都是黄色的,但是,只有覆鳞才能反射紫外光,紫外光有利于雄性黄粉蝶寻找到配偶。其三,“彩衣”具有防御功能,“彩衣”上的色彩和图案可起到伪装、威吓和警戒的作用,从而免遭天敌的捕食。例如,雄性闪蝶飞行时,蓝色若隐若现,不易被天敌发现;休息时,翅直立,翅反面的褐色和眼斑有利于伪装。
衣鱼和它的灰衫
缨尾目昆虫中,绝大多数种类全身覆盖有鳞片,故称为衣鱼。通常鳞片呈银灰色或白色,使虫体带有一种金属光泽,衣鱼好像穿了一件发亮的“灰衫”。鳞片的表面有许多平行的纵脊。但是,有些种类的鳞片为褐色,丛生分布,使东南亚有一种指尖大小的白色甲虫,白金龟属,其色泽比牙釉质和白纸更白、更明亮。白色在动物中不常见,因为物体必须能散射所有波长的可见光才会看上去是白色的。该白金龟覆盖有长形、扁平的超薄鳞片,这些鳞片具有独特的三维结构,从而使虫体呈现亮丽的白色,仿佛身披了一件洁白的“长袍”。
昆虫的明亮色彩通常归功于色素的大量沉积或排列整齐的构造。但是,白金龟的鲜亮白色十分独特,不同于蝴蝶身上那种零散的。
身披“白长袍”能给白金龟带来好处,虫体呈现斑驳色彩。
衣鱼是一类古老昆虫,在地球上已生存了3亿年左右。全世界约有600种衣鱼,其中我国已知约20种。常见的种类有西洋衣鱼、敏栉衣鱼等。衣鱼为原始无翅昆虫,多数腹节有成对的刺突和泡囊,尾须3根。衣鱼活动灵巧、畏光,生活在谷物、衣物、墙纸,特别是闲置很久或是无人翻动的书籍资料中。衣鱼从幼虫变成虫需要至少4个月的时间。衣鱼蜕皮3-4次后,身体上才有鳞片覆盖。进人成虫期后,衣鱼继续蜕皮,成虫寿命为2-8年。衣鱼体表的鳞片极易脱落,常见大量鳞片遗留在衣物纤维上。鳞片是衣鱼的一种逃生武器,可使其免遭天敌捕食。
甲虫与它的白长袍
由于该虫生活在长满白色真菌的环境中,亮白的体色是一种保护色,使白金龟不易被天敌发现,从而免遭灭顶之灾。
避债蛾与它的蓑衣
蓑蛾又称避债蛾,属鳞翅目蓑蛾科,主要为害腊梅、梅花、蔷薇、月季、牡丹等园林植物。蓑蛾的一生要经过卵、幼虫、蛹和成虫4个时期。幼虫孵化后吐丝下垂,借风飘散,遇到寄主后即吐丝做囊,然后再黏附断枝、残叶、沙子、泥土或地衣等,把自己严密地裹在里面,这就是护囊。由于护囊很像农民用来遮挡风雨的“蓑衣”,所以,人们为它们取名叫蓑蛾。
护囊通常悬挂在某处,其内的幼虫头朝上方。护囊的顶端和尾端各有1个开口。取食或行走时,幼虫从顶端囊口伸出头部和胸部,咬食叶片或负囊移动。尾端囊口为排泄孔,比顶端囊口要小一些,排泄孔同时也是后来的成虫或新孵化幼虫的唯一出口。休息时,幼虫吐丝将顶端囊口的边缘固定在枝条或叶片上,躲在护囊里面。随着幼虫的不断长大,其“蓑衣”要逐渐加宽、加长。例如,螺纹蓑蛾幼虫期为2~3个月,改制“蓑衣”时,幼虫先将所需的枝条咬断,并将它们黏在一起,然后顺着护囊外旧枝条的方向将护囊壁咬开,把已备好的新枝条塞进去,最后,幼虫吐丝,将切口牢牢封死,这样,“蓑衣”的改造就完成了。在整个幼虫期,该虫要对“蓑衣”进行3次改造。
不同种类的蓑蛾,其护囊的形状、大小及构造有所不同。例如,大蓑蛾的护囊长40~60毫米,纺锤形,丝质疏松,囊外附缀有较大的碎叶片,有的还附有零散的枝梗。茶蓑蛾的护囊长25~30毫米,纺锤形,囊质紧密,幼虫进人4龄后囊外缀结有纵行平行排列的细小短梗。
幼虫在羽化前一直在护囊内生活。幼虫老熟后,吐丝封住顶端囊口,并将护囊固定悬挂植物上,体,头下方,在护囊里化蛹。雄蓑蛾有翅,羽化后从护囊的排泄孔爬出,离开“蓑衣”,四处飞行。雌蓑蛾无眼、无翅、无足、无触角,口器不发达,羽化后仍留居在护囊内。雄蛾从雌蛾护囊的排泄孔与雌蛾来完成交配。受精卵产在护囊内或留在雌蛾腹中。每一雌蛾产卵100~200粒,最多可达3000粒。卵在护囊内孵化。可见,雌蓑蛾终身生活在自己编织的“蓑衣”里,而雄蓑蛾只是进人成虫阶段不“蓑”。
喜穿夹克衫的袋衣蛾
袋衣蛾的袋囊是由幼虫吐的丝和食物内的纤维编织而成的。袋囊没有背面和腹面之分,其两端都有开口。袋囊外面布满毛屑,而袋囊的内壁由柔软的白丝织成。幼虫可在袋囊内转身,能从两端取食而不改变袋的位置。幼虫一孵化,就开始编织“夹克衫”。幼虫穿上“夹克衫”后,不再脱掉,直至成虫羽化。随着虫体的长大,幼虫要多次将“夹克衫”改大。幼虫改织“夹克衫”的方式十分有趣。隐藏在袋囊内的幼虫沿袋囊的一侧,从袋口将袋囊咬破,直到中部,把新织好的三角布条塞进去;然后幼虫对袋囊的另一侧如法炮制;接着,幼虫在袋囊内掉转身体,再将袋囊另一半的两侧分别咬破,并塞进布条。连续多次地从袋囊的两端添加布条,袋囊就加长、加大了。觅食时,幼虫伸出头部和胸部,3对胸足也露出袋囊外,而腹部的腹足则牢牢钩住袋囊的内壁,这样一来,幼虫就能携囊行走。一旦遇到危险,幼虫马上缩进袋囊内,可免遭天敌的攻击。幼虫老熟后,先把袋固定起来,将袋的一端封住,然后,在袋内化蛹。成虫长约10毫米,当光线微弱时,成虫在室内飞翔,将卵产于毛织物中。
国外还有一种家居袋衣蛾,跟我国的袋衣蛾很相似。家居袋衣蛾幼虫的食性更杂一些,常常以屋内的有机碎屑为食,如死的昆虫、蜘蛛网丝、真菌和其他有机物等。袋囊的结构和编织方式也有不同之处。家居袋衣蛾的袋囊更扁一些,袋口扎得更紧一些,袋囊常混杂有小的沙子或脏物。家居袋衣蛾幼虫改织袋囊时,先将狭条状的新材料添加到袋囊的两端,然后,沿袋囊的一侧,从一端的袋口咬破袋囊,咬一段,塞一些幼虫所吐的丝以及颗粒材料,一直到袋囊另一端的袋口为止。对袋囊的另一侧,也采用相同的方法完成新材料的添加。
被石衣包裹的石蚕
在河湖或池塘的水底,常有一些用沙子或植物的碎枝条、碎叶子做成的小套子。这些套子随着季节的变化而变换颜色。秋冬是深暗色,春夏是鲜绿色。剪开小套子,即可发现一只虫子藏在其中。这种虫子名叫石蚕,俗称石头虫。石蚕是毛翅目昆虫的幼虫,其成虫称为石蛾。石蚕身体外的小套子,称为石鞘。全世界已知1.2万多种,我国记录800多种。其中,完须亚目昆虫的幼虫能携带石鞘,在水底爬行和觅食,幼虫看似穿了一件“石衣”。
这些幼虫在水中生活,具有3对发达的胸足,1对臀足上有强臀钩。头部有吐丝器,跟蛾类和蝴蝶的幼虫很相似,上颚发达,主要以岩石上的藻类、水底植物和堆积在叶片上的有机碎屑为食。幼虫以上颚为“剪刀”,吐丝为“线”,量身裁剪,用小石头、沙粒、叶片、枝条、松针,以及蜗牛壳等材料编织“石衣”。幼虫一孵化,就开始营造石鞘。首先,幼虫快速营造一个不太结实的临时性石鞘,将几块材料粘在虫体腹部的周围,制成一个稀疏的筒状物,然后在筒状物的前方持续不断地黏附新的材料。临时性石鞘建成后,幼虫慢慢地对临时性石鞘进行加固和装修,直到永久性石鞘建成。幼虫给石鞘添置材料的过程通常包括6个步骤:寻找、搬运、裁剪、安装、吐丝黏着和加固。一个永久性石鞘需要3~50件材料,视种类而异。一旦永久性石鞘可以罩住整个虫体,石鞘内的幼虫掉转头,将位于石鞘的末端(即临时性石鞘)咬断,然后再掉回头。至此,整个石鞘的建造便大功告成。幼虫身披“石衣”,头部、胸部和胸足伸出石鞘,在水底寻找食物。受惊时,幼虫立即缩进石鞘内。随着幼虫的生长发育,幼虫还得在石鞘的前端黏附新的材料,将“石衣”改大,以适应虫体体积的增大。
幼虫老熟后,将石鞘口封住,藏在石鞘内化蛹,此时,石鞘成为茧。成虫羽化后,爬出石鞘,离开水面。石蚕通常生活在泉眼、湖泊和溪流中,偏爱较冷而无污染的水域,是显示水流污染程度的指示昆虫。石蛾又是许多鱼类的主要食物来源,在流水生态系统中的食物链中占据重要位置。
“石衣”主要有两个功能:一是在水中起固着身体的作用,以防被流水冲走;二是起伪装作用,石蚕不易被天敌发现。
有趣的泡泡衣
在野外草丛中,人们时常看见植物的叶片或茎秆上有一摊摊像唾沫似的泡沫。乍一看,以为是有的人不讲文明,到处乱吐口水。可是,用小草棍把那泡沫拨开,我们就会看到里面有一只小虫在蠕动。原来,这些泡沫是昆虫的杰作。泡沫里的小虫是沫蝉的若虫,又称吹泡虫,泡沫就是这些若虫的“泡泡衣”。
泡沫从何而来?沫蝉若虫腹部第7节和第8节表皮腺所分泌的黏性物质和肛门排出的液体相拌后,再与腹部末端吸人的空气混合,借助腹部蠕动产生的压力,产生小圆泡。表皮腺分泌物的作用在于提高泡沫的表面黏度,使泡沫更持久。腹部末端抬高或放平时,分泌口分别打开或关闭。沫蝉若虫在茎秆上歇息和取食时,其头朝向下方。小圆泡形成后,若虫将足伸到体背上,用足把小圆泡移到头部。腹部末端反复抬高和放平,所分泌的小圆泡叠加在一起,直至整个虫体被泡沫罩住,全过程需要10~20分钟。有的种类每分钟可产生80个小圆泡。一件“泡泡衣”可维持1周之久。若虫一般隐藏在自身分泌的一团泡沫中。
一团泡沫中有1只或多只若虫。
最后一次蜕皮后,沫蝉即离开泡沫,四处活动。成虫不形成泡沫。沫蝉成虫体长一般仅为4,7毫米,背面隆起,矮胖的体型类似青蛙。成虫善跳,故名“蛙蝉”。沫蝉的若虫和成虫均从植物的木质部吸汁,与取食植物韧皮部的那些吸汁昆虫有所不同。由于木质部的功能是将根部的水分输送到茎和叶片,木质部汁液所含的养分缺乏,所以,沫蝉不得不大量取食,才能获取足够的营养。豆科植物上的沫蝉数量比较大,就是因为其木质部的氨基酸含量远大于其他植物。若虫大量吸汁后,更多的排泄物从肛门排出。可见,沫蝉若虫能为“泡泡衣”的生产提供足够的原材料。