人蟑大戰之後,有的蟑螂失去了「愛情」

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「關關雎鳩,在河之洲。窈窕淑女,君子好逑。」

茫茫人海中,那個ta為何如此特別?這種獨特的吸引力,不僅催生了無數適合在今天這個日子傳頌的文藝作品;從生物學的角度來說,對種群的存續也起著至關重要的作用。

在演化過程中,不同動物都發展出了各自獨特的性吸引力展示方式,例如孔雀開屏、雲雀高歌,也包括擾人的蟬鳴和蛙叫。那麼(哪怕在七夕也會一直陪伴單身狗的)蟑螂呢,它們又是如何找到如意螂君的?

的?

哪怕你永遠不愛它,蟑螂還是會對你不離不棄|Cartoon Hangover

——誒誒,可不要聽到蟑螂交配就覺得沒意思。畢竟,研究它們如何求偶,或許能為戰螂大業提供一些思路!

在茫茫螂海,找到你

在茫茫螂海,找到你

蟑螂的交配一般是由雌蟑螂開始的。成年的雌蟑螂體內會合成某些資訊素,這些資訊素會分泌到體外,它們就像導遊一樣,帶領著雄蟑螂來到雌蟑螂身邊。

之後,雄蟑螂會用觸角接觸雌蟑螂,判斷對方是不是可以交尾的對象。如果覺得對方可以交尾,雄蟑螂此時會轉身背對雌蟑螂,張開翅膀,並露出腹部分泌性資訊素。這些分泌物中富含脂質和糖類,雌蟑螂一般很喜歡吃。而在雌蟑螂專心致志享用大餐的時候,雄蟑螂就會趁機伸長自己的生殖器,勾住對方的生殖口,迅速轉身,開始交配。

蟑螂交配過程:通過性資訊素確認之後,雄性(B)會張開翅膀,向雌性(A)獻上高糖高脂的聘禮|參考文獻[1]

不過,世界上的蟑螂有數千種,每種蟑螂的情況各有不同。就拿我們家中最常見的德國小蠊Blattella germanica)來說,它們的性資訊素傳播得不遠,需要通過接觸來起到作用——換句話說,德國小蠊沒辦法網戀,必須面基才能感受到對方的性吸引力。它們的這種資訊素也因此被稱為接觸性資訊素(Contact Sex Pheromones)。

這些性資訊素佈滿了雌性德國小蠊的身體表面,在觸角和翅膀中的濃度尤其高。對於雄性蟑螂來說,雌性表達了越多的性資訊素,就越充滿了性吸引力。然而,是什麼決定了資訊素的多少呢?

一個基因,讓性吸引力逾越性別

一個基因,讓性吸引力逾越性別

近日,華南師範大學的李勝團隊就發現,在很大程度上,雌蟑螂的性魅力是由一個名為CYP4PC1的基因所控制的。

CYP4PC1是一個限速酶基因,它控制著接觸性資訊素產生過程裡的一個重要步驟。CYP4PC1只在雌蟑的身體裡表達,隨著雌蟑螂的性成熟,CYP4PC1的表達逐漸增加;與之相伴地,接觸性資訊素的濃度也會逐步升高。而當CYP4PC1基因被人為抑制後,雌蟑螂體內的接觸性資訊素就會明顯下降,有時甚至檢測不到。絕大多數不表達CYP4PC1的雌蟑螂,都失去了對雄蟑螂的性吸引力——而實驗中還出現了少部分的意外,研究者還不確定,這少部分例外的蟑螂是因為基因沒有被完全抑制,還是通過替代途徑合成了性資訊素。

世界上有數千種蟑螂,我們熟悉的通常是德國小蠊和美洲大蠊。實際上,不少蟑螂一點都不想跟人類親近,而且好看得顛覆認知,例如這隻「多米諾蟑螂」(Therea petiveriana)|Sripathiharsha / Wikimedia Commons

CYP4PC1基因雖也存在於雄性蟑螂的體內,但卻不會表達。這是因為,引導小蠊分化為雄性的基因DsxM,會抑制CYP4PC1基因在雄性體內的表達。因為CYP4PC1基因不表達,雄性小蠊不會分泌接觸性資訊素,這讓德國小蠊有著嚴格的兩性生殖——它們不像美洲大蠊一樣可能會有孤雌生殖的現象,雄性小蠊也不會誤打誤撞想要和同性交配。

但研究者們發現,如果讓雄蟑螂也產生性資訊素,它們竟然可以「掰彎」同性。

研究者嘗試著抑制雄蟑螂體內的基因DsxM,也試過給它們注射保幼激素3(Juvenile Hormone III)——這種激素影響著CYP4PC1基因的表達,在雌性蟑螂體內的含量遠高於雄性。結果發現,接受了這些處理的雄性蟑螂都表達起了CYP4PC1基因,還產生了接觸性資訊素。研究者將這些雄蟑螂與未經處理的雄蟑螂放在一起,一無所知的野生型蟑螂們受到資訊素的指引,紛紛衝著同性張開了翅膀,釋放求偶信號。而那些被表達了資訊素的雄蟑螂,竟然也像雌蟑螂一樣,開始舔食對方的分泌物,甚至嘗試和對方交配。

左滑查看雄蟑螂無辜受騙:未經處理的雄性蟑螂(B)正努力向一直被注射了保幼激素3的雄性蟑螂(A)獻殷勤|參考文獻[1]

有了這個發現,未來我們或許可以通過基因編輯等技術,讓雌蟑螂不再產生性資訊素,或者讓雄蟑螂產生性資訊素,從而擾亂蟑螂的求偶和交配,達到控制德國小蠊數量的目的。

人蟑大戰,讓雄蟑螂失去了愛情

人蟑大戰,讓雄蟑螂失去了愛情

關於雌蟑螂分泌性資訊素的研究,要在戰螂時派上用場或許還有待時日;但雄蟑螂的「下聘」過程,就已經實實在在地受到人類滅蟑行為的影響了。

正如前文所描述的,當雄蟑螂看上了某隻雌蟑螂之後,它會張開翅膀,下聘禮似的將自己的分泌物獻給雌蟑螂。這些分泌物高糖高脂,不僅美味,還有很高的營養價值,飽食的雌蟑螂可以為受精卵提供更好的發育條件。因而,這份聘禮一度備受雌蟑螂的青睞。

交配之前,雌性蟑螂會吃下雄性蟑螂腹部的分泌物|NC State

不過,如今卻不是每隻雌蟑螂都喜歡這份聘禮。而且,這很有可能是人類滅蟑帶來的後果。

大部分蟑螂都嗜甜,所以人們常在蟑螂餌劑里加入果糖和葡萄糖來引誘它們。食用了毒藥的蟑螂不僅會死,往往還會在嗝屁前將毒藥帶回巢穴,因此很難留下後代。而那些不喜歡吃糖的蟑螂,反而獲得了生存優勢——它們雖然不常享用大餐,卻也減少了誤食毒藥的機會。它們在人蟑大戰裡活了下來,並將「厭糖」的特徵遺傳了下去。

沒想到,雌蟑螂一旦厭糖,雄蟑螂就有可能失去交配的機會。美國北卡羅來納州州立大學的科學家們發現,這些厭糖的雌性德國小蠊,它們唾液裡的酶可以迅速將「聘禮」裡的多糖分解為單糖。在它們口中,這些糖類嚐起來不僅不甜,甚至還發苦。原本,雄蟑螂會趁著對象舔食聘禮時迅速開始交配;但現在,往往雄蟑螂還沒反應過來,這些厭糖的雌蟑螂已經被苦味嚇跑,交配也被迫中斷。

雌蟑螂取食分泌物時,雄蟑螂會趁機勾住對方進行交配;但雌蟑螂如果對食物不滿意,雄蟑螂就會錯失交配機會|NC State

雖然雄蟑螂失去了愛情,但人類看到這裡一定很開心——隨著人蟑大戰的繼續,厭糖雌蟑螂將越來越多,我們是不是可以期待一個蟑螂越來越少的世界了呢?

可惜,答案是「不一定」——厭糖的雌蟑螂還能跟厭糖的雄蟑螂交配,正如飲食習慣一樣的兩個人才能生活在一起(bushi)。科學家發現,厭糖的雄蟑螂分泌的聘禮也不同。它們分泌物的麥芽三糖含量比較高,這種糖不太容易被分解為葡萄糖。因此,厭糖的雌蟑螂還沒來得及從這份聘禮裡嚐出苦味,就已經被雄蟑螂勾住,開始交配,然後繼續為世界帶來更多的小蟑螂。

這個發現,還給人類帶來了另一個壞訊息。當初,科學家們發現厭糖蟑螂的存在時,就曾建議不要再在蟑螂餌劑加入葡萄糖;而現在,哪怕誘餌裡沒有直接加入葡萄糖、只有能被分解為葡萄糖的其他糖類,可能也都無法騙到這些蟑螂了……

蟑螂生命力強、多子多福,但卻很少有人祝福你們愛情像蟑螂,倒是經常有人祝福你們愛情似「鴛鴦雙棲」。

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參考文獻

[1] Chen, N., Liu, YJ., Fan, YL. et al. A single gene integrates sex and hormone regulators into sexual attractiveness. Nat Ecol Evol (2022). https://doi.org/10.1038/s41559-022-01808-w

[2] Sugar Aversion Hampers Cockroach Coupling. https://news.ncsu.edu/2022/05/sugar-aversion-hampers-cockroach-coupling/

[3] Cockroach Reproduction Has Taken a Strange Turn. https://www.nytimes.com/2022/05/27/science/cockroach-sugar-sex.html

作者:Hazel

編輯:麥麥

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