兰花螳螂(Hymenopus coronatus)中、后步足分别具有一对花瓣状外延结构(此文称为:花状腿瓣)。由于特化的身体形态和色彩,200多年来,人们一直猜测兰花螳螂的形态是模拟花朵的演化产物。近些年,James C. O’Hanlon等学者对该猜想进行了验证,研究虽然发现兰花螳螂的拟花体色能助其诱引猎物,但其花状腿瓣存在与否并不影响其捕猎结果,花状腿瓣的功能究竟为何依然悬而未决。
图1. 兰花螳螂(Hymenopus coronatus)(陈占起 摄)
中国科学院西双版纳热带植物园的陈占起研究员团队,通过一系列巧妙的研究,终于揭开了这个谜底:这对“花瓣”其实是兰花螳螂的“滑翔翼”!
图2. 兰花螳螂滑翔体式示意图和距离(上),以及正常状态、移除花状腿瓣和麻醉状态下的滑翔表现差异(下)
图3. 兰花螳螂花状腿瓣的横截面弧形结构
关键证据:
高空滑翔测试: 研究人员让兰花螳螂从10米高处落下。
正常螳螂: 水平滑翔距离平均达6.1米,最远能飞14.7米!
剪掉“花瓣腿”的螳螂: 只能滑翔平均4米。
麻醉的螳螂: 直接垂直坠落! 这清楚证明,“花瓣腿”对滑翔至关重要。
完美的“翅膀”弧度: 仔细观察“花瓣腿”的形状,发现它呈现优美的弧形。这种弧度与飞鼠的皮膜、鸟类的翅膀等已知滑翔结构的弧度高度一致,是高效的空气动力学设计。
随年龄增长的“滑翔翼”: 随着兰花螳螂长大变重,“花瓣腿”也越长越大、越圆,在身体中所占的比例也越来越大。这种巧妙的变化,使得即使成年螳螂体重是幼虫的165倍,也能保持相似的滑翔能力。
图4. 不同龄期兰花螳螂花状腿瓣的形态改变
研究意义:
破解百年谜题: 首次明确揭示了兰花螳螂标志性“花瓣腿”的核心功能是滑翔,而非仅仅辅助伪装或捕猎。
节肢动物首例: 这是科学家在节肢动物(昆虫、蜘蛛等)中发现的第一个明确的硬质滑翔结构!之前已知的滑翔动物(如飞鼠、飞蜥、树蛙)都是脊椎动物,依赖皮膜或蹼。
生存策略的代价与平衡: 节肢动物坚硬的外壳(几丁质)让这种硬质“滑翔翼”难以像皮膜那样收起。这意味着平时行动可能不便,也更容易被天敌发现。这解释了为什么拥有这类结构的节肢动物(如兰花螳螂、叶䗛),往往同时进化出极强的伪装色来弥补。
演化新视角: 这项研究提示,对滑翔能力的需求,可能是推动一些大型节肢动物演化出夸张外形和鲜艳体色的重要动力之一。
仿生学潜力: 这种独特的硬质滑翔结构,为研究新的空气动力学原理和设计微型飞行器提供了灵感。
这项突破性研究由陈占起研究员团队(第一作者赵芯博士)领衔,发表在国际顶级期刊《当代生物学》(Current Biology)上。
作者:赵芯,陈占起
新闻来源:兰花螳螂花状腿瓣的滑翔功能
https://xtbg.cas.cn/2022/kxyj01/kydt_1/202311/t20231130_6938845.html
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