蝗蟲集群出動成災,竟是為了避免被同類吃掉 (BOLDBOX | 聚合盒子)



蝗蟲集群出動成災,竟是為了避免被同類吃掉
日期:2020-02-29 | 瀏覽:1373

蝗蟲離我們並不遠,幾隻蝗蟲聚集在一起並不能稱之為災難。災害的界定往往存在一個發生面積上的閾值,只有達到相應的閾值才能稱之為災害。

現在整個東非都被沙漠蝗蟲的陰影所籠罩,現在已經影響到了七個東非國家,已經早早達到了蝗災的級別。對於埃塞爾比亞來說,這是25年來最嚴重的一次蝗災,而對於肯尼亞來說,這是70年來的最糟糕的一次。



蝗災氾濫之所以那麼恐怖,一是因為蝗蟲太能吃,二是它們的數量太龐大。一隻沙漠蝗蟲每天可以吃掉相當於自己體重的糧食,大約兩克左右。不要小看這個數字,因為蝗蟲是成群結隊的,數量龐大,一平方公里的蝗蟲一天大約能吃掉 35000 人的糧食。



因此,了解蝗蟲群體是如何形成的,以及有什麼辦法可以讓這個群體分崩離析,就變得尤為重要。

那你知道多少只蝗蟲會使它們從無序趨於走向有序嗎?科學家告訴你3只足矣。

想要了解一個群體是如何運行的,必須得觀察它們的行為特徵。

科學家Jerome Buhl對昆蟲的集體行為頗有研究。他曾做過一個實驗,把一些蝗蟲放到了一個環形盤狀物上,觀察蝗蟲的行為路徑。

剛開始如果只放置幾隻蝗蟲,那麼它們在盤中的行徑是無序的,到處亂爬。



隨著時間的推移,放置的蝗蟲數量逐漸增多,群體的行進變得越來越穩定,爬行的方向變得慢慢統一,雖然依舊有少數個體處在無序的狀態。






然而隨著數量的增多,密度逐漸變大,蝗蟲的行為變得越來越有集體性,運動的方向也逐漸完全統一了起來。

根據這一現象,Louise Dyson 和他的團隊於 2015 年提出了一個最小模型進行描述,只需要3只蝗蟲聚集在一起就可以讓它們的行為趨向於統一。換言之,只要有一隻蝗蟲發現它身邊有另外兩隻蝗蟲,那麼它的行為就會和其他兩隻趨於一致。

那麼問題來了,為什麼隨著蝗蟲數量的增多,它們的行動變得越來越統一呢?

科學家從摩門蟋蟀 (Anabrus simplex) 那得到了靈感。

不要以為這種蟋蟀是什麼善茬,它們的生活習性和蝗蟲沒什麼區別。它們也有成群結隊行進的行為,一邊行進一邊吃,種子、花朵、其它昆蟲的屍體、糞便都成為了它們的食物。摩門蟋蟀能毀掉它們所經過地方40%至50%的植物,2003年,在內華達州有將近一千二百萬畝土地被它們所侵蝕。

如果行進的過程中,這些食物吃沒了怎麼辦,它們靠什麼存活下來呢?答案是靠吃掉對方。因為它們本身就是一個“行進中的鹽和蛋白質的包裹”。因為擔心被吃掉,所以它們的行進速度會隨著數量的增加而變快。



因為摩門蟋蟀和蝗蟲的行為相似,所以Jerome Buhl就開始檢驗,相食行為是否也會影響蝗蟲的行動,讓它們從無序活動變為有序活動。

同樣的,Jerome Buhl用沙漠蝗蟲在環形圓盤中做高密度的行進實驗,只不過這次,他把其中一些蝗蟲的腹部神經給去除了。去除了腹部神經的蝗蟲,活動能力減弱,移動的速度變慢,行動效率變低。而行動效率低下的蝗蟲,在群體行進中容易暴露它們的側翼,側翼又是它們最脆弱的地方。






實驗發現,側身對著蝗群的蝗蟲相比那些頭部或後腿朝向蝗群的,更容易被吃掉。由此可見,在高密度的情況下,一個群體中任何一隻蝗蟲如果不與鄰居保持隊形,就會暴露其脆弱的側翼,從而更容易被同類吃掉。通過保持隊形,行動效率更高,它們就會更安全。所以你現在應該知道為什麼蝗蟲會集結,繼而造成難以估量的破壞。

在密度較低的時候,每平方米只有幾隻蝗蟲,它們可以很大程度上避開彼此,可以作為獨居生物各自四處活動,也不用擔心被吃掉。但隨著蝗蟲繁衍數量的增多,群體數量變大,在同一塊地盤上不可避免地拉近了蝗蟲間的距離。在這種情況下,統一協作的運動是避免被吃掉的最佳選擇。

統一協作的運動過程也體現在蝗蟲生理上的變化。

因為是一種高密度的運動,蝗蟲與蝗蟲之間難免會發生觸碰,而後腿的觸碰,引起了蝗蟲血清素水平的升高。有動物實驗表明,當提高血清素在動物體內含量時,動物的互相攻擊行為明顯減少。這也是蝗蟲在群居過程中,會避免同類相食,並且行動趨於統一的原因。

血清素水平的升高也體現在外形的變化,蝗蟲體表顏色從獨居的綠色變成了群居的黃色。它們的大腦也變得更大,腿變得更短,但耐力更強。



除此之外,科學家還發現,一旦蝗蟲的密度降低,它們就會回到了獨居時候的模樣,彼此之間保持距離,獨自行動開來。然而,群體離散行為的閾值遠遠低於群體形成的閾值。也就是說,蝗群形成容易,但散開則很困難。

按照國家的防蝗災防治標準,當蝗蟲發生密度高於10頭/平方米,需要採取飛機防治與地面防治相結合的方法來控制。如果上升到15頭/平方米,那就得開展應急防治,可以上飛機撒藥了。所以,千萬不要等蝗災的時候才想著消滅,在獨居的蝗蟲開始聚集成群的初始就該有所準備。

參考文獻:

Bazazi, S., Buhl, J., Hale, JJ, Anstey, ML, Sword, GA, Simpson, SJ, & Couzin, ID (2008). Collective Motion and Cannibalism in Locust Migratory Bands. Current Biology, 18(10) , 735–739. doi:10.1016/j.cub.2008.04.035

Dyson, L., Yates, CA, Buhl, J., & McKane, AJ (2015). Onset of collective motion in locusts is captured by a minimal model. Physical Review E, 92(5). doi:10.1103/physreve. 92.052708




Lincoln, T. (2006). Push on the marching crickets. Nature, 440(7080), 38–38. doi:10.1038/440038a

Buhl, J., Sumpter, DJT, Couzin, ID, Hale, JJ, Despland, E., Miller, ER, & Simpson, SJ (2006). From Disorder to Order in Marching Locusts. Science, 312(5778), 1402 –1406. doi:10.1126/science.11​​25142



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