昆蟲為什么經(jīng)常有規(guī)律地中斷呼吸好幾分鐘,，一直是困擾生物學(xué)者的一大難題,。美國和德國科學(xué)家日前對這一問題給出的最新解釋,，或許能解開這個(gè)幾十年的謎團(tuán),。他們針對昆蟲呼吸系統(tǒng)進(jìn)行的一項(xiàng)新研究指出：昆蟲停止呼吸,，是為了避免吸入對身體有害的過量氧氣,。

    加州大學(xué)歐文分校的生態(tài)學(xué)及進(jìn)化生物學(xué)教授Timothy Bradley和德國洪堡大學(xué)的生理學(xué)助理教授Stefan Hetz研究提出,，蚱蜢、蛾、飛蛾,、蝴蝶,、果蠅、甲蟲和臭蟲等昆蟲周期性地關(guān)閉呼吸系統(tǒng),，是為了避免吸入過量的氧氣,，從而使身體組織免受傷害。他們2月份發(fā)表在《自然》雜志的這一結(jié)論,，向以前的相關(guān)理論提出了挑戰(zhàn),。

    比原理論更合理

    對于昆蟲周期性“屏氣凝息”的現(xiàn)象，科學(xué)家曾經(jīng)給出了兩種不同的解釋,。第一種理論認(rèn)為,，這種間斷性的呼吸暫停，可以幫助昆蟲減少水分流失,。而第二種理論則認(rèn)為,，當(dāng)昆蟲在地下時(shí)，這種特別的呼吸方式能幫助它們擺脫呼吸的副產(chǎn)品——二氧化碳,。因?yàn)樗鼈冞@時(shí)處于二氧化碳濃度很高但氧氣含量很低的環(huán)境中,，為了尋求更好的空氣流通條件，它們不得不選擇間隔性的呼吸——雖然這時(shí)它們無法吸入足夠的氧氣,，但是能從高濃度的二氧化碳中解脫出來,。避免對身體組織產(chǎn)生毒副作用，似乎具有更加重要的意義,。

    實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論最直接也是最有說服力的手段,。為探明昆蟲屏氣的真相，Timothy Bradley和Stefan Hetz用一只烏桕大蠶蛾的蛹,，進(jìn)行了有針對性的實(shí)驗(yàn)研究,。昆蟲沒有肺，而是用通氣孔進(jìn)行呼吸,?？茖W(xué)家把導(dǎo)管插入到蛾蛹的通氣孔中，以測量它排放的二氧化碳量及吸入的氧氣含量,，并用一種測量呼吸作用的儀器——呼吸計(jì)來監(jiān)測飛蛾的呼吸形態(tài),。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高氧濃度環(huán)境中的昆蟲，當(dāng)它處于飛行等高強(qiáng)度活動狀態(tài)時(shí),，會保持正常的呼吸,；但當(dāng)處于不活躍狀態(tài)時(shí)，為避免吸入過量氧氣導(dǎo)致身體組織出現(xiàn)氧化損傷,，包括蚱蜢在內(nèi)的一些昆蟲都選擇了間歇性停止呼吸的做法,。

    “昆蟲呼吸系統(tǒng)的構(gòu)造,，能夠適應(yīng)在不同環(huán)境中活動的需要,。”Bradley說：“我們認(rèn)為大部分昆蟲有規(guī)律地間歇性呼吸,，是為了降低體內(nèi)的氧氣濃度，以保證生理上的安全,。它們充分減少氣體交換頻率,，使體內(nèi)的氧含量保持在一個(gè)安全的水平上。這種假設(shè)可以解釋不同環(huán)境下昆蟲呼吸模式的轉(zhuǎn)換,，而以前的理論都做不到這一點(diǎn),。”

    控制吸氧為長壽？

    科學(xué)家首先向放置蛾蟲的房間注入含有二氧化碳含量很高的空氣,，然后測量出蛾蟲自身排出二氧化碳的時(shí)間和數(shù)量,。發(fā)現(xiàn)昆蟲呼吸系統(tǒng)中的氧氣含量通常保持在4～5千帕斯卡，只有空氣含氧量的1/5～1/4,。Bradley認(rèn)為,，“這個(gè)現(xiàn)象很有代表性”。

    事實(shí)上,，昆蟲控制體內(nèi)氧氣含量的活動十分活躍,，方式也很特殊：在氧濃度正常的環(huán)境中，它們會呼吸一段時(shí)間,，隨后突然釋放大量二氧化碳,，接著關(guān)閉通氣孔避免吸入更多的氧氣，使體內(nèi)氧氣含量維持在4～5千帕斯卡,；在氧濃度較低的環(huán)境中,，它們長時(shí)間打開呼吸系統(tǒng)，關(guān)閉通氣孔的時(shí)間變得很短,；在氧濃度較高的環(huán)境中,，它們則暫時(shí)開放通氣孔，然后緊緊關(guān)閉很長一段時(shí)間,。Bradley 表示,，昆蟲懂得積極地調(diào)節(jié)體內(nèi)的氧氣含量，“好像懂得測量周圍空氣的氧濃度一樣”,。

    其實(shí)這一問題并不讓人費(fèi)解,。科學(xué)家早已指出,，雖然氧氣的確是“生命之源”,，但吸入過量氧氣同樣會導(dǎo)致生物體死亡。因?yàn)楸┞对诨钚院軓?qiáng)的氧分子中,，會使身體組織中的蛋白質(zhì),、脂類和DNA受損，促使細(xì)胞死亡、加快機(jī)體衰老,。以人為例,，人體向各個(gè)組織器官提供氧氣，但同時(shí)也要避免過量氧氣導(dǎo)致的氧化性損傷,。這種損傷和年齡的增長密切相關(guān)——或許正因如此,，化妝品公司才推出花色繁多的防氧化化妝品，幫助人們“抹去歲月的痕跡”,。事實(shí)上,，科學(xué)家反復(fù)研究了數(shù)十年的果蠅，已被證明在高氧環(huán)境中會更加短命,。既然這樣,，昆蟲發(fā)展出“間歇性呼吸法”，也不過是一種“自我保健”的手段罷了,。

    Bradley和Hetz接下來準(zhǔn)備建立更加全面的昆蟲呼吸模式體系,，用其解釋所有種類昆蟲的呼吸行為。這項(xiàng)研究不僅有理論價(jià)值,，更有很好的應(yīng)用意義,。Bradley指出，掌握了更多關(guān)于昆蟲呼吸的知識后,，人們就能進(jìn)一步提高殺蟲劑的殺蟲效果,，從而更有效地減少農(nóng)、林等產(chǎn)業(yè)的損失,，為全球飽受蟲害的國家和地區(qū)帶來“福音”,。