愛吸血的蟲蟲啊,你不覺得恆溫動物的血燙嘴嗎?

■身為恆溫動物,在太陽下曬久了還是會熱暈,吃太燙的食物會燙傷,還有可能增加食道癌的風險。那麼,對於那些愛吸血的變溫動物,像是蚊子等昆蟲來說,體溫常等於室溫,難道他們不覺得恆溫動物的血燙嘴嗎?

撰文|駱宛琳

如果自侏羅紀,或白堊紀開始算起,「吸血維生」的技能頻繁地在演化裡以各種面貌重複出現,至今在生態系統裡已經有超過一萬四千種不同的節肢動物,靠著鳥類、哺乳類動物等的血液存活。有演化學家估計,「吸血蟲」在這長長一、兩億年的時間裡,至少獨立演化了六次,甚至有可能高達二十次。不過,就算「吸血維生」的蚊子、昆蟲隨處可見,這卻不是一門輕鬆好做的無本生意。

「吸血維生」的求生技能所面對的最大難題之一,就是吸血獵物也不是省油的燈。以蚊子為例,平均一隻蚊子只有 1 – 2 毫克重,以「份量」來說,絕對不是吸血目標的對手。這也讓這些吸血蚊蟲不約而同演化出一套保全性命的對策,那就是減少覓食的次數。而,若想要減少覓食次數,最佳辦法就是把訓練自己成為大胃王。

許多吸血維生的蚊蟲,都有大胃王的天賦異稟。例如,蚊子跟采采蠅在飽足一頓血之後,體型可以足足變成進食前的兩到三倍大;而像壁蝨、錐鼻蟲,進食之後,體型更是可以脹大到原來的十倍至一百倍。這大胃王的技倆看似兵來將擋,但實際上,吸血蛛蚊蠅蟲輩也只是硬著頭皮上。為什麼呢?

蛛蚊蠅蟲等節肢動物是變溫動物,而體溫調節對變溫動物來說,是件攸關生命、也影響許多生理反應與行為的大事。變溫動物的體溫很容易受環境裡溫度的影響,各種不同種的節肢動物自有適合活動的溫度區段,但就算在合適的溫度區段裡,過高或過低的溫度仍然會影響到節肢動物進食、生育等生理活動。

而,靠「恆溫動物」的血液為食,還得快速又大口的狼吞虎嚥解決一餐,以免生命安全被威脅的節肢動物,這「溫溫的血」對習慣「環境溫度等於體溫」的牠們來說,是個不小的挑戰。以蚊子來說,吸完血之後,體溫可以在一分鐘內急速上升攝氏 10 到 15 度。而這就像是我們在大太陽下曬久了,我們會容易中暑一樣;吸血維生的蚊蟲勢必要發展出一套機制,讓恆溫動物血液裡的熱與高溫,可以快速地散失掉,將「被熱昏」的威脅降到最低。

有些節肢動物體表有氣門,數目不一,但藉由呼吸,可以透過這些身體上的氣門小開口來加速熱的散失。許多蚊子在進食的時候,都會分泌一顆小水滴懸在腹部;這顆小水滴裡主要含有尿素,可以幫助蚊子在大口「暢飲」的時候,能夠維持體內水分恆定,並且順便把血液內營養素(像是紅血球)立刻濃縮,而且,當小水滴內水分蒸發的時候,可以順便帶走進食時突然竄升的體溫,就像是隨身帶了小空調。除此之外,另一個常見的招數是在進食之後,火速地啟動體內熱休克蛋白的合成,保護腸道內細胞不會因為突然上升的體溫而受到損傷。

但在所有吸血動物的大家族裡,常被暱稱為親吻蟲的錐鼻蟲(kissing bug),卻特別獨樹一幟。錐鼻蟲跟其他吸血維生的節肢動物一樣,利用大胃王的策略吸了血就跑。在吸血時,錐鼻蟲的體型也像是吹氣球一樣,但體溫卻是穩如泰山,不見有快速上升的現象。法國 Université François-Rabelais 的 Claudio Lazzari 博士實驗室對錐鼻蟲的這個秘密神技很感興趣,決定利用即時紅外線熱像儀、以及 X 光相位對比電腦斷層影像技術來仔細一探究竟。

結果倒是令人吃驚:錐鼻蟲雖然沒有冷媒與壓縮機,但卻有著一樣精巧的熱交換系統,讓牠們就算吃到肚皮鼓鼓的,恆溫動物血液的「高」溫,對牠們一點也不會造成困擾。錐鼻蟲頭部的循環系統和進食吸血系統,兩者像唇齒一樣,緊緊相依。當錐鼻蟲吸血的時候,恆溫動物的血液經由刺吸式口器往嘴裡咕嚕嚕的流,同時間錐鼻蟲循環系統的血淋巴液,則跟「大餐」相反方向從頭部往口器尖端流。血淋巴液和熱呼呼的大餐隔著各自的管腔,彼此「抱緊緊」,讓大餐的騰騰熱氣可以極為有效的傳導到血淋巴液裡。而因為錐鼻蟲頭部的循環系統靠近體表,於是就能將大餐傳來的熱,再立刻散熱到環境裡。於是,當大餐到達消化系統的時候,也早就不熱了。如果將錐鼻蟲刺吸式口器緊鄰的血淋巴液阻斷,錐鼻蟲在進食之後,體溫也就會跟其他吸血蟲一樣,急速竄升了。

原始論文:Lahondère C, Insausti TC, Paim RM, Luan X, Belev G, Pereira MH, Ianowski JP, Lazzari CR. Countercurrent heat exchange and thermoregulation during blood-feeding in kissing bugs. Elife. 2017 Nov 21;6. pii: e26107. doi: 10.7554/eLife.26107. PMID: 29157359

參考資料:

  1. Benoit JB, Denlinger DL. Bugs battle stress from hot blood. Elife. 2017. pii: e33035. doi: 10.7554/eLife.33035.
  2. JB Benoit, et al. Drinking a hot blood meal elicits a protective heat shock response in mosquitoes. 2011. PNAS 108:8026–8029. https://doi.org/10.1073/pnas.1105195108
  3. C Lahondère, et al. Mosquitoes cool down during blood feeding to avoid overheating. 2012. Current Biology 22:40–45. https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.11.029

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作者:駱宛琳 美國聖路易華盛頓大學(Washington University in St. Louis)免疫學博士,從事T細胞發育與活化相關的訊息傳導研究。

 

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