蚂蚁之美:进化的奇景
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喀嚓,蚂蚁中最强的攻击力

有这样一类蚂蚁,它们巨大的上颚如同一把烧火钳,更有趣的是它们的上颚可以张开到180°,而平常蚂蚁大约只能张到120°甚至更小。而且这种张开的姿势可以保持很长时间,一旦展开攻击,上颚瞬间闭合,然后就是“啪”的一声脆响,这种力道,足以瞬间将小昆虫杀死。它们就是凶猛的掠食蚂蚁—大齿猛蚁家族(Odontomachus)。

在中国,这个家族的成员,山大齿猛蚁(Odontomachus monticola),在大江南北都有分布。但是,只有在适合的环境中才能找到它们,那里必须若干年没有受到过破坏才行,它们群体的发展需要充分的时间。那些热火朝天的建筑工地或者小区是找不到它们的,古朴的小镇或者天然森林中会有它们的足迹。

我最初接触山大齿猛蚁是在大约八九岁时,具体的情形已记不太清了,随着父母搬迁到一座土坯房宅子里,现在这座宅子已经变成了宽阔马路的一部分。那是父亲辞去了外地的工作,和母亲一同回到家乡后,全家度过的最艰苦的一段日子。房子很老旧,但房租很便宜,一个月只收10块钱,而且晚上可以透过屋顶看到星星—那时我的眼睛还没有近视—但是居然不会漏雨。这样的结果是,院落里有各种天然动物—偶尔会出现的蛇,晚上会出来、在地上爬的蝎子,我还见过不少于3种的壁虎……这种混乱的情况在母亲养了一些鸡换钱、我在院子里种上了一小片几十厘米高的杂草以后变得更加混乱……在这种状况下,唯一变得冷清的动物就是蚂蚁,它们因为各种莫名其妙的遭遇而发生莫名其妙的战争,不断减员—谁让有个对它们很感兴趣的小家伙在作怪呢!

也就是在这段时间,我和山大齿猛蚁在院子里相遇了,它是我接触的第一种大型猛蚁。我惊讶于它们奇怪的上颚和上颚合拢时清脆的“喀嚓”声,将它们捏在手上反复把玩,但是我发现如果把玩它们时间太长了,手会隐隐作痛,但我明明已经避开了它们的上颚。我终于发现,它们的屁股上有一根弯弯的长刺,一直试图扎在我的手上—原来我被蜇了。很长时间后我才知道蚂蚁能蜇人,而且有些蜇人是很疼的,只能说我是幸运的,没有一开始遇到那些蜇人很痛的蚂蚁。

为了验证我当时认为的蚂蚁会用毒刺蜇人的推论,我选择了一个可怜的实验品—蛆。我将山大齿猛蚁的后腹部掐下来,用那根刺去扎那可怜的蛆虫,虽然蛆没有表情,可那强烈的扭动告诉我,这想法不仅是正确的,而且毒液看起来对虫子的杀伤力还挺强的。

就在那个时候之前约50年,在美国亚拉巴马州靠近摩尔比的一个院落里,13岁的威尔逊在几乎同样长满杂草的院落里,对另一种大齿猛蚁产生了浓厚的兴趣—岛生大齿猛蚁(Odontomachus insularis)。50年后,也就是在我刚刚接触大齿猛蚁的时候,在他和赫尔多布勒所写的书中就对这类蚂蚁做出了详细的描述。遗憾的是,当时我没有能力阅读到他的著作。赫尔多布勒等人研究的是另一种源自中美洲和南美洲的大齿猛蚁—鲍氏大齿猛蚁(Odontomachus bauri)。据说赫尔多布勒也同样被迷得“神魂颠倒”……他们借助超高速摄影技术,以每秒3000格的速度记录蚂蚁上颚闭合的细节,他们发现,这可能是我们所知的最快的生物动作!完整的一咬,从完全张开的上颚开始合拢的一刹那到完全闭合,只需1/3毫秒到1毫秒!而过去已知的最快速的动作包括跳虫在4毫秒完成的跳跃、蟑螂40毫秒的逃跑反应、螳螂42毫秒展开的前肢攻击,甚至跳蚤0.7~1.2毫秒的起跳都无法企及。要知道,这种大齿猛蚁的上颚仅1.8毫米长,以此计算,它那有刺的尖端是在以每秒8.5米的速度运动。如果是人打出的一拳,这一拳的速度能达到每秒3千米,是子弹速度的数倍!一旦攻击对象处在攻击范围内,将一击命中,避无可避!

但是,真的到此为止了吗?1/3毫秒是赫尔多布勒等人测量技术的极限,因为他们的胶片最多只能每秒拍3000格,这动作有没有可能比1/3毫秒还要快?2006年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物学家施尔拉·派德克(Sheila Patek)领导的研究小组再次完成了对鲍氏大齿猛蚁的研究,更先进的高速摄影技术得到了更精确和震撼的否定结果,这一结果发表在了9月的美国《国家科学院院刊》(PNAS)网络版上。

根据他们的测定,关闭上颚的速度可以达到每秒35~64米,单次的攻击时间只需0.13毫秒,比眨眼快2300倍。它们上颚闭合的速度可以造成10万倍重力的冲击,相当于每个上颚产生自身体重300倍的力度。这次修正,转化到人的尺寸,将每秒3000米的拳速提升到了20多千米,这个速度已然超越火箭,甚至可以无视太阳系的引力了。以此作为动物界中最有相对力度的主动行为,当之无愧!美国图森市亚利桑那大学的神经生物学家武非拉·格罗那伯格(Wulfila Gronenberg,他曾经研究过蚂蚁咬合的控制机制)指出,这和该蚂蚁经常捕食白蚁有关,“这些白蚁会喷射出一种有毒的液体。因此蚂蚁必须在白蚁使用它们的武器之前就将后者杀死或使其失去自卫能力。”正如派德克本人所说,“上颚的运动速度和加速度已超过生物界已知的极限。”

而产生这一行为的生理基础则在于其口内一块类似门闩的外骨骼,张口时,蚂蚁使它的上颚分开,然后利用“门闩”将其撑住。而在咬合的瞬间,这根“门闩”会移到旁边,下颚便在肌肉的拉动下,“砰”地合上。这种门闩样的外骨骼在该属蚂蚁中应该普遍存在,即使在山大齿猛蚁上也存在。在做标本整形的时候,我将酒精处死的山大齿猛蚁的上颚向两侧推,大约到完全张开的时候,可以明显地感觉到上颚卡在了一个特殊的结构上,即使松开手,这个张开上颚的姿势也不会改变。

这样张开的上颚好比一个捕猎陷阱,大齿猛蚁拥有蚂蚁中较为发达的视力,借助眼睛和敏锐嗅觉的帮助,大齿猛蚁可以锁定猎物,并缓慢地靠近它们,张开上颚。接下来,大齿猛蚁猛地向前,上颚基部伸出的灵敏感觉毛,大量的神经元枕戈待旦,当感觉毛接触目标的一刹那,达到攻击范围内!8毫秒内,神经兴奋到达脑并传达至上颚肌肉,喀嚓!下一个0.1毫秒,攻击结束!只要让大齿猛蚁能充分接近猎物,则弹无虚发。即使是能力稍弱的山大齿猛蚁,我也曾观察到它们直接潜进、击杀苍蝇,只要能接近,猎物则毫无逃跑可能,一击毙命。

这种神奇的咬合力还给了大齿猛蚁一种特殊的逃生技巧—当遇到更大的敌人时,例如一只蜥蜴,这些蚂蚁会通过用下颚击打地面,从而利用反弹力迅速脱身。我曾在观察山大齿猛蚁时发现了这个现象,但山大齿猛蚁的上颚咬合力度差很多,最多不过将自己反弹出数个厘米。而且山大齿猛蚁似乎并不热衷于这种逃命方式,我曾经多次挑逗它们让它们跳跃,但是很少成功,即使成功,也是它们在进攻姿态的时候,与其说是主动逃跑不如说是进攻失败被反弹。最重要的一点是,似乎但凡上颚力气巨大的蚂蚁,都可能做到一点。我在其他亚科的蚂蚁身上也发现了类似的现象,宽结大头蚁兵同样是上颚发达的蚂蚁,我曾经见到兵蚁在进攻一只大青虫(鳞翅目昆虫幼虫),张口一击失败,反而被弹出数厘米。但赫尔多布勒遭遇的鲍氏大齿猛蚁却夸张得多,他曾经见到数十只蚂蚁如空中芭蕾般迅速离他而去—至少在鲍氏大齿猛蚁中,这确实是一种求生技巧。

派德克的研究显示,鲍氏大齿猛蚁向后的弹射可达到39.6厘米,足以躲过快速飞来的蜥蜴舌头。另一种“逃命跳跃”是向上弹射,能够将蚂蚁弹起8.3厘米高并落在几厘米远的地方。许多只蚂蚁在连续不断的“喀嚓”声中轰然跳起的场面一定会让掠食者感到困惑。Patek表示,如果这些蚂蚁是身高达1.7米的人类,那么他们绝对有资格成为“超人”,因为“跳跃防御能够让这些超人向后弹出40.2米;而逃命跳跃则能够把他们送到13.4米的空中。”也许像格罗那伯格所说,防御跳跃可能是蚂蚁的强力捕食下颚进化出的一个“副产品”。格罗那伯格指出:“一旦生物拥有了这种特别快速的上颚,蚂蚁直觉上就会利用它来完成一些其他的使命,例如逃跑。”

类似长夹子一样的上颚并非只存在于大齿猛蚁家族中,在热带和亚热带地区还有不少蚂蚁家族也有类似的结构,并且很多类是在进化中独立起源的。世界上约有24个家族(属)250种蚂蚁具有类似的结构或者行为,它们之间在大小、结构和行为上各有差别,捕捉着小型到中型的昆虫猎物,如跳虫、苍蝇、蜂类或者是蝗虫。其中有一组最喜捕食跳虫的蚂蚁,如瘤蚁(Smithistruma)、鳞蚁(Strumigenys)和鳞毛蚁(Trichoscapa)等。这些蚂蚁的体型普遍较小,但是有着类似大齿猛蚁的雷霆手段,是少数能够将跳虫这样反应迅速的昆虫“玩弄于股掌之间”的动物。威尔逊等人认为这些蚂蚁的祖先只局限于捕捉泥土中的小动物,结果在进化中走向了极端,身体剧烈变小,成为专食性的昆虫。为此,它们的生活变得拮据,群体变小,也变得脆弱,最终成为几乎只能躲躲藏藏的小昆虫社团,外出的工蚁成为隐秘的游荡者,甚至放弃了利用气味踪迹召集同伴的能力,而我们想要见到这些昆虫也变得极为困难。

威武的山大齿猛蚁,头顶的3个点是它的单眼,单眼只有感光能力,真正赋予它优秀视力的是两只复眼。(刘彦鸣摄)

鲍氏大齿猛蚁依靠上颚弹跳的录像截屏。(Sheila Patek等摄, 2006)

A. 鲍氏大齿猛蚁工蚁张开上颚的姿态;B. 鲍氏大齿猛蚁的上颚的腹面和背面观。(Sheila Patek等摄, 2006)