平平无奇的小沙坑,为何让它失足丧命?

也许你经常在路边沙地看到这种小坑——它们形状如漏斗,就算是灵活的蚂蚁不慎掉入也再难爬出,这些小坑里隐藏着什么秘密?看似平平无奇的小沙坑,为何成为了蚂蚁的地狱?

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沙地里的漏斗状小坑,神秘的蚂蚁地狱。图片来源:phoenixpestcontroltn.com

在沙丘里那些小坑的底部藏着一种神奇的昆虫,它们叫做蚁狮(antlion),是蚁蛉的幼虫。蚁狮擅长在沙地里挖掘陷阱,主要以蚂蚁为食,捕猎时的稳准狠堪比狮子,故而得名蚁狮。

只进食不排泄的神奇猎手

谈到蚁狮,可能有不少人觉得陌生,但提起它们的别名,比如沙猴、沙牛、地牯牛,就会勾起许多人儿时的回忆。小时候在农村里,玩具不多,小孩们就到处捉虫玩,什么知了、天牛、金龟子,都伴随着孩子们美好的童年记忆。

除了上面这些虫子,蚁狮也是孩子们的心头好,只要找到沙地里的“小漏斗”,找来一根细草,在漏斗里来回搅动几下,蚁狮就会将小草钳住,这时候只要轻轻一提,它们就会露出自己的“庐山真面目”。

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长满毛毛的蚁狮。图片来源:rhinorest.com

蚁狮约有黄豆般大小,浑身是毛,挺着个大大的肚子,有一对看起来很凶恶的镰刀状大腭。说实话,蚁狮的样子真的不算好看,但是相比起幼虫时期的蚁狮,它们的成虫蚁蛉就优雅许多,修长的身体上长着两对透明的膜质长翅,不熟悉的人可能会把它们当做豆娘或者蜻蜓的亲戚吧。

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蚁蛉。图片来源:mdc.mo.gov

幼虫和成虫在形态上存在巨大差异的情况在昆虫中十分常见,这种发育形式叫做变态发育。蚁蛉属于变态发育中的完全变态发育,一生经过4个阶段:幼虫,以及成虫

蚁蛉在自然界中完成一个世代至少需要一年的时间,一般是夏季卵孵化为幼虫,守着自己的陷阱捕猎,积累营养,等到来年夏天再羽化为成虫。不过,有些物种则需要积累更久的时间,可能两年到三年才可以才能完成一个世代。

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蚁狮的生活史周期。图片来源:维基百科

大家可能想不到,在这一年到三年的幼虫期内,蚁蛉的幼虫,也就是蚁狮,是只进食不排泄的。因为蚁狮没有肛门,食物残渣都积累在肠道的末端,在羽化成为成虫时才以胎粪的形式排出体外。

这么长的时间不进行排泄,谁估计也受不了,为了让自己好受一些,蚁狮也有自己独特的减少食物残渣的方法,那就是只吸取猎物的汁液,而不啃食猎物的尸体。具体而言,蚁狮捕猎时会将颚管刺入猎物体内,并注入消化酶,将其消化为可口的汁液,再进行吸食。

不仅如此,蚁狮“守井待食”的捕食方式也让它少有“暴饮暴食”的可能。经常是吃了上顿没下顿,吃的不算多,那积累的废物自然也就少了。而且,蚁狮也演化出了很强的耐饿能力,实验结果证明蚁狮竟然可以忍受100天不进食,真是让人吃惊。

不过,比起蚁狮只进食不排泄的特性,大家更好奇的可能是蚁狮是如何挖掘陷阱用于捕猎的?

沙丘里的蚂蚁地狱

蚁狮在出生后就会在沙地里挖出一个漏斗状的陷阱,自己则躲在陷阱的底部,静静地等待着猎物掉进陷阱中,再以迅雷不及掩耳的速度用大颚抛出沙子,将小虫子击落到陷阱底部,完成一次捕猎。

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藏在陷阱底部的蚁狮。图片来源:rhinorest.com

说了这么多,咱们还是先一起来观赏一段蚁狮捕猎蚂蚁的视频,看看蚂蚁是怎么样沦陷于蚁狮的陷阱,并最终被蚁狮的大颚钳住的吧。

蚂蚁落入蚁狮的陷阱。视频来源:参考文献

视频中,一只蚂蚁不小心落入了一个漏斗状的小沙坑中,此时的它并没意识到接下来要发生的事,还想着爬出沙坑。突然,沙坑底部抛出了一团沙子,蚂蚁被击落到了沙坑底部,它努力地想从沙坑中脱身,但隐约中有一张大嘴一口咬住了蚂蚁…

大家是否会好奇,平日里在各种复杂地形都如履平地的蚂蚁,为什么在这个漏斗状的陷阱里就脚下打滑,止不住地往陷阱底部跌落呢?

答案其实就藏在蚁狮的“抛沙”技能里。科学家们发现,在长期的演化过程中,蚁狮已经演化出一种复杂的陷阱挖掘策略。根据相关研究,蚁狮在建造陷阱时,会通过抛沙将沙子按照粒径大小进行分类,这种主动的分类行为让蚁狮陷阱的斜坡表面布满较细的沙粒,细沙流动性相对更强一些,会让陷阱的斜坡变得不稳定,从而使得猎物“一失足成千古恨”。

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蚁狮陷阱中大颗粒(红色)和小颗粒(蓝色)的分布情况。图片来源:参考文献

这种不稳定的结构在增加捕猎成功率的同时,也容易因为猎物的挣扎而变形,所以蚁狮还会通过抛沙行为来对陷阱进行定期维护。一方面可以阻止陷阱斜坡的角度变得缓和,猎物容易逃脱,另一方面还可以防止自己被斜坡上滑落的沙子掩埋。

不得不说,蚁狮还真是个精通物理的“力学大师”,但是蚂蚁在面对蚁狮时,也并不是全无还手之力。

靠下颚弹跳逃出生天的蚂蚁

虽然蚁狮的陷阱捕猎成功率十分地高,但也不是无往不利,当一种叫做陷阱颚蚁的蚂蚁不小心误入陷阱时,它们的一项技能可以让自己逃离“狮口”的概率大大提升。

是的,陷阱颚蚁依靠的是它们巨大的下颚。

在过去的一百多年里,人们都对陷阱颚蚁那神奇的下颚充满了好奇,它们的下颚可以极快地闭合,速度甚至可以达到60米每秒。和蚁狮挖掘的陷阱不同,陷阱颚蚁的巨大下颚就是它们天生就有的陷阱,当它们的下颚张开时,就像一个老鼠夹子一样,猎物只要从嘴边经过,陷阱颚蚁就会猛地闭合下颚,将猎物咬住。

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陷阱颚蚁张开大颚等待猎物上门。图片来源:tapatalk.com

当身份从捕猎者转换为猎物时,陷阱颚蚁的大颚又可以起到帮助逃生的作用,通过弹跳的方式,让自己从龙潭虎穴中一跃而出。

2015年,一项发表在期刊《公共科学图书馆》上的论文就研究了陷阱颚蚁通过下颚闭合进行跳跃逃生的成功率。科学家们用胶水把蚂蚁的嘴给糊上了,然后再让它们去蚁狮的陷阱中探险,并与没有被糊上嘴的陷阱颚蚁进行比较,以此来了解下颚弹跳的作用。

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陷阱颚蚁被糊上的嘴。图片来源:参考文献

实验结果表明,陷阱颚蚁通过闭合下颚进行跳跃确实可以帮助其弹射出沙坑,摆脱蚁狮的纠缠,但这种情况并不总是发生,在15%的实验中,蚂蚁通过下颚进行跳跃来逃生。因为不是所有时候,下颚闭合都会成功地让蚂蚁跳跃起来,成功的概率不到30%。

比如下面这个视频中,蚂蚁虽然最终通过下颚闭合跳出了陷阱,但是在那次成功的跳跃之前,也存在那么一两次失手,要么没跳起来,要么跳得不够高。

蚂蚁通过下颚闭合跳出了蚁狮的陷阱。视频来源:参考文献

不得不说,靠嘴逃生,也是个技术活。值得一提的是,在下颚被胶水粘住的情况下,蚂蚁的逃生概率几乎下降了一半,看来这嘴大还是有嘴大的好啊。

事实上,蚂蚁和蚁狮的斗争中,获胜的并不都是蚁狮,在极少数情况下, 蚁狮也会被蚂蚁咬死, 或颚管被蚂蚁咬断。毕竟,事关生存的斗争,往往没有绝对的赢家。

参考文献:

[1] Franks, N. R., Worley, A., Falkenberg, M., Sendova-Franks, A. B., & Christensen, K. (2019). Digging the optimum pit: antlions, spirals and spontaneous stratification. Proceedings of the Royal Society B, 286(1899), 20190365.

[2] Büsse, S., Büscher, T. H., Heepe, L., Gorb, S. N., & Stutz, H. H. (2021). Sand-throwing behaviour in pit-building antlion larvae: insights from finite-element modelling. Journal of the Royal Society Interface, 18(182), 20210539.

[3] Larabee, F. J., & Suarez, A. V. (2015). Mandible-powered escape jumps in trap-jaw ants increase survival rates during predator-prey encounters. PLoS One, 10(5), e0124871.

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