蜘蛛哺乳、螳螂滑翔……
他的雨林发现颠覆你我认知
站上讲台,陈占起一脸疲态,头天晚上,他只睡了四个小时,急着从昆明赶回西双版纳的原因就一个:为一群喜欢动植物的小朋友讲课。在陈占起心中,科普是大事,他要给孩子们讲讲什么是科学,什么是科学家,以及自己的科研故事。
陈占起是中国科学院西双版纳热带植物园(下称“版纳植物园”)研究员,从事动物行为学研究。他有两个颠覆认知、震惊学界的成果:一个是发现了会哺乳的蜘蛛;另一个是发现了会滑翔的螳螂。
发现世界上首例蜘蛛哺乳
陈占起发现喂奶的蜘蛛纯属偶然。
这种会哺乳的蜘蛛名叫大蚁蛛,是种长得像蚂蚁的蜘蛛,身体只有蚂蚁大。在一次野外采集时,陈占起发现了一个蚁蛛巢,用手一扒,立刻从里面爬出5只成年蚁蛛。普通人看不出门道,陈占起却觉得不可思议——
“蜘蛛这样的节肢动物,一般只会喂养孩子很短的时间,当宝宝有了捕食能力,家长就会让它们出巢,独自闯世界,怎么可能一个巢中有5只成年个体?难道大蚁蛛会把孩子养到成年?”
陈占起脑袋里两个“认知小人”开始“打架”,一连串的问号激起他强烈的好奇。他把大蚁蛛采集回实验室,开始养殖,并用三个月的时间记录下了大蚁蛛生活全貌。
陈占起发现,大蚁蛛从产卵到孵化需15天,孵出的小蜘蛛到性成熟需53天,直到第75天,已经成年的蜘蛛依旧生活在母亲身边。“可以说,大蚁蛛确实跟我们人类一样、跟大象一样,会把孩子养成年。”
这个发现让陈占起欣喜,与此同时,他又冒出了新问题:“前20天,我没看到一只小蜘蛛出巢觅食,但它们的身体却在噌噌长,小家伙究竟吃什么?”
陈占起和团队推测,幼蛛的食物来源有四种可能:第一种,跟鸟类一样,母亲从外面捕食回来喂;第二种,跟鸽子或野狗一样,母亲先吃进去,然后反刍喂;第三种,像一些鱼类和无脊椎动物,用未完全消化的排泄物喂;第四种,像蛙类,宝宝吃掉没有孵化功能的营养卵。
“很遗憾,四种猜测都是错的,那个时候我很崩溃。”陈占起大大方方跟孩子们分享工作中的沮丧。
挫折激发斗志。“我倒要看看你们到底吃什么!”陈占起决定蹲守实验室。到饭点,他请人送饭;睡觉时,他架起摄像机……终于,在一个夜晚,陈占起观察到蚁蛛宝宝爬到母亲的腹部,就像哺乳动物幼崽在吃奶一样。
这一幕让他震惊,“难道大蚁蛛真是吃奶长大?”这个想法让他既兴奋又紧张,理性告诉他,不能轻易下结论。
“哺乳动物有乳腺,有专门的器官分泌乳汁给孩子吃,大蚁蛛也有么?”陈占起清楚,要证实大蚁蛛会哺乳,此后的求证要更细致、更全面。
蜘蛛是“哺乳动物”了?
团队想到了一个行为学实验:当宝宝刚孵化出来后,将蚁蛛妈妈疑似产奶的地方堵住,阻断其分泌乳汁。不出所料,10天后,没有“口粮”的宝宝都饿死了。
陈占起觉得这个证据的分量还不够,他想亲眼看到蚁蛛的乳汁。他把刚进入哺乳期的蚁蛛麻醉,拿到手上,轻压其腹部,果然渗出了滴滴液体。“这些液体与牛奶接近,呈乳白色,而且头一天挤了,第二天还有。”陈占起观察到,乳汁源自雌性大蚁蛛腹部的一条生殖沟,幼蛛就是通过吸食这一产奶器官长大。
可当陈占起把文章投到《科学》杂志,审稿人却提出了疑问:“如果真是乳汁,它的成分是什么?你们测定了么?”陈占起觉得这个建议在理,要坐实蚁蛛哺乳,证据链一环也不能少。
但要检测蚁蛛奶的成分又成了难题。一只雌性大蚁蛛体长仅6.5毫米,产奶的量以微升计。
“我去测成分时,检测员告诉我,不用很多,50毫升奶就够。我当时哭笑不得,那可是蜘蛛奶,5毫升都难弄,更别说50毫升。”
之后,团队想办法提取到了20微升奶。鉴定结果非常理想:大蚁蛛乳汁中的主要成分是蛋白质、脂肪和糖类。与牛奶相比,蚁蛛奶的蛋白质含量是其4倍,但脂肪和糖含量却很低。
大蚁蛛吃奶已是板上钉钉,但陈占起还是不甘心,他要把最初的问题搞明白——具备了捕食能力的大蚁蛛为什么要每天回巢?
团队做了两组实验:一组是把大蚁蛛的母亲移走,一组是把母亲的乳腺堵住。“我就是想看看,成年大蚁蛛回家的动力是什么,是为了妈,还是为了奶?”
通过观察,团队发现——只要妈妈在家,即便没有奶,孩子们也会每天回来,而且它们的生存状况、成长速度、存活率都远高于没妈在家的那一组。但如果妈妈离巢了,孩子们很快就不回家了。
“都说蜘蛛是低等动物,我不这样认为,通过观察大蚁蛛哺乳,让我感受到了母爱的伟大,万物有灵,大蚁蛛尚且如此,我们人类呢?是不是该多回家看看妈妈呢?”陈占起很是感慨。
最终,“大蚁蛛会哺乳”在2018年登上《科学》杂志,这一发现不仅打破了世人对于无脊椎动物的传统印象,更引发了人们对哺乳动物行为的重新思考。
兰花螳螂会滑翔
讲完蜘蛛哺乳的故事,陈占起像变戏法似的,拿出两个塑料箱,里面有两只粉色的兰花螳螂,孩子们的眼睛立马亮了。
“伪装,是物种演化中产生的一种躲避捕食者或吸引猎物的策略。自1792年兰花螳螂被发现以来,它貌似花朵的外形一直被认为是伪装,但我们的研究给出了一个新解释。”
2023年11月29日,国际期刊《当代生物学》发表了陈占起团队的新成果——兰花螳螂具有滑翔能力,它的花状腿瓣对滑翔至关重要。
兰花螳螂因为长得美,被叫作“昆虫皇后”。它的后部足,有一对花瓣状的外延结构,叫作“花状腿瓣”。在野外,兰花螳螂爱趴在花或叶上,高抬腹部,利用花一样的外形,吸引“眼拙”的昆虫来传粉或采蜜,再伺机捕获。
过去,人们一直认为花状腿瓣是兰花螳螂拟花的结构,但澳大利亚生态学家詹姆斯·汉隆证明,即便去除花状腿瓣,也丝毫不影响兰花螳螂捕蝉。
“既然不是拟花,那么花状腿瓣的功能是什么?”陈占起的好奇心又亮了起来。
2020年夏天,陈占起在办公室与同事闲聊,偶然间,一只兰花螳螂幼虫竟从柜子上蹦到了他身上,距离超过1米,“蹦跶不可能有那么远,难道是滑翔过来的?”
此前,从来没有学者证实过螳螂会滑翔。陈占起大胆推测,滑翔很可能与花状腿瓣相关。为验证猜测,团队设计3组对照实验:一组是正常的兰花螳螂;二组被去除了花状腿瓣;三组被麻醉。
结果没有令人失望。三组兰花螳螂从10米高的挖机上掉落,正常状态下,它们的水平滑翔距离平均为6.1米,最远可达14.7米;去除花状腿瓣后,其水平滑翔距离平均为4米;而被麻醉后,兰花螳螂全都垂直下落。
这不仅说明花状腿瓣对滑翔至关重要,也说明在清醒状态下,兰花螳螂才能自主掌控滑翔。
为做到论证万无一失,陈占起还邀请了美国南佛罗里达大学的合作者,从形态结构上去分析,所得结论是,兰花螳螂的花状腿瓣呈现的弧形,与鸟类的翅膀弧度高度吻合。
“节肢动物同样具有滑翔结构”的发现再次颠覆了传统认知,这一发现也激起了材料工程师的浓厚兴趣。
动物园开“昆虫馆”
讲完了大蚁蛛和兰花螳螂的故事,孩子们提出了五花八门的问题。他们不愿走,围住两只兰花螳螂,再次打开提问模式。陈占起把兰花螳螂放到每个孩子手背上,让他们去感知和观察。
在他心中,好奇心无比珍贵,自己那些颠覆认知的发现,都是源自对大自然强烈的好奇心和“一定要找到答案”的内驱力。“做科研就像玩游戏,必须充满兴趣和好奇,只有这样,探知的过程才会让人兴奋,令人愉悦。”
陈占起对“坚持”有另一种解释:与其“痛苦地坚持”,不如“快乐地热爱”。他认为,人一旦有了热爱,必然会激发潜能、产生心流、形成内驱,最终让人保持专注、熬过寂寞、战胜恐惧。“做自己热爱的,热爱自己所做的,剩下的就交给时间吧。”
陈占起有一个半夜起床做笔记的习惯,他说半梦半醒时会想通很多事,有时他也会画画,把那些一闪而过的念头画出来,这个习惯从他上研究生开始就保持至今。
陈占起是跨专业学的生物,之前是体育生,初高中练排球,本科在重庆师范大学体育系。大学毕业后,对生物有浓厚兴趣的陈占起考到了湖北大学生命科学学院,硕士毕业后又考到新加坡国立大学生物系读博士,2016年他来到版纳植物园,从博士后做到了研究员。
这段经历让陈占起对体育有了别样情愫。“我常对学生讲,如果之前已经有喜欢的体育运动了,要继续保持;如果没有,从现在开始,一定要培养一项终身爱好的运动项目。”
陈占起会和学生一起打羽毛球,在罗梭江畔、百果园内滑轮滑。“如果你需要长期、深度地做科研,必须具备强大的身体和心理素质,而运动能带来激情与热情,让人性格开朗、抗压力强,哪怕有负面情绪,也会转瞬即逝。”
陈占起的学科组有一个小院,里面养着蜘蛛、螳螂,种着瓜果蔬菜,大串大串的炮仗花沿着小楼外墙垂下。“搞科研需要静下来、慢下来,否则无法思考,无法感知。”陈占起常说,不要做知识的存储器,要做知识的创造者,“只要找出与常识相悖的结果,就能创造出新的知识。”
陈占起喜欢版纳植物园自由探索的学术氛围,行走在热带雨林,倾听着鸟鸣蛙叫,他觉得处处都有自然的智慧。“所有的生命都是平等的,都有灵魂和感情,哪怕昆虫,也有生存的艰难与乐趣。”
陈占起说自己如果不搞科研了,会考虑去动物园开“昆虫馆”,摆放上大大的玻璃柜,收集饲养各种昆虫,展示它们的神奇,点亮孩子们心中那丝光。(记者岳冉冉)