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毛毛虫在蛹中是如何变成蝴蝶的? 第1页

  

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昆虫的变态分为增节变态、表变态、原变态、不全变态、全变态。蝴蝶是全变态。

不全变态的昆虫譬如螳螂,幼虫跟成虫长的差不多,也就是说幼虫一边长一边慢慢变化可以直接发育成成虫,不需要蛹这一形态。而全变态的鳞翅目幼虫(毛毛虫)与成虫(蝴蝶)间的差别太大了,形态、体内构造几乎完全不同。虽然蝴蝶是由毛毛虫发育而来,但是蝴蝶的很多器官并不是直接由毛毛虫的器官发展成的,而是由一些特定的细胞群发育而成,这些细胞群叫做“器官芽”或者“成虫盘”。如果毛毛虫只是一边长一边分化的话,永远也成不了蝴蝶。所以从幼虫变到成虫必须经过一个过渡虫态,这也就是蛹存在的意义。譬如一种蛱蝶,在幼虫的4龄期体内才会出现一类器官芽,这类器官芽在预蛹期迅速生长,在蛹期便外凸形成蛱蝶的足。所以有人认为昆虫的成虫是由扩展的器官芽组成的镶嵌体。下图是果蝇对应的幼虫,器官芽,和成虫。

至于蛹期的内部变化,很复杂且不同的昆虫又有不同,不能简单的理解为蛹壳里面溶解成一滩液体然后再分化出器官。这里摘教科书上的一段笼统说一下(图片内容均摘自中国农业大学出版社出版《普通昆虫学》,彩万志,庞雄飞等主编)。


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其实想象一下,毛毛虫变成蝴蝶应该是这个世界上最奇妙的一个生命变化过程了,一个只会爬的毛毛虫在短短的几周内变成了会飞的家伙,不停吃叶子的消化系统变成了以吸食液体为主的消化系统,真的可谓是翻天覆地的变化!!!!

可是在短短一周到几周的时间内(很大程度上取决于毛毛虫的物种和环境温度),鬼知道毛毛虫经历了什么!!!

出于好奇,因为我们实验室也有养毛毛虫用于实验,我就打开了几只看了一下。

这个是完整的蛹

但是用尖锐的针轻轻戳破就是这种绿色的液体喷出来

完全打开后发现基本全是绿色的液体,很少能发现成完整形态的器官,可以肯定的是在这个阶段,虫蛹的体内经历着剧烈的分解和重组工作,很多细胞会被从已有的组织上消化掉,被用来重组身体其他的器官,发展新的功能。


比如毛毛虫的肌肉组织,大多数就被消化成单独的细胞,然后用于体内其他新组织的合成,但是在这个过程中,有的器官则没有多大的变化。举几个文献里面看到的例子。


第一个是用一种叫做micro-CT技术扫描虫蛹的实验,实验过程中可以用X光分层扫描同一个虫蛹,然后将每一层扫描结果合成3D立体图形,揭示了虫蛹在变化过程中,那些组织发生了什么变化

图中,竖排的是同一个虫蛹在第1,4,7,10,13天的变化,横排是三个不同的扫面角度。


红色的是虫子的消化系统,可以看出在开始的几天,虫子的消化道迅速的变小,同时变窄,表示在成虫中,进食的功能不在需要像幼虫时那样的消化系统了

蓝色的是虫子的呼吸气管,可以看出这些蓝色的结构虽然没有发生剧烈的变化,但是管子变得更加多粗壮,能为成年的虫子提供更多的“血液/体液”循环,来适应飞行的功能。

第二个是文献里面一个毛毛虫和蝴蝶脑子大小的对比

可以看出,a是毛毛虫的脑子,b是蝴蝶的脑子,相比于毛毛虫,蝴蝶的脑子更加的复杂,关于视觉,嗅觉和运动能力的区域更加的复杂,但是在幼虫中这些区域是非常小的,甚至是消失的,可见脑子在虫蛹期,也发生了翻天覆地的变化。


references:

[1]

Virtual forensic entomology: improving estimates of minimum post-mortem interval with 3D micro-computed tomography.

[2]

3D-Reconstructions and Virtual 4D-Visualization to Study Metamorphic Brain Development in the Sphinx Moth Manduca Sexta



  

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