好讨厌虫子啊，生活在南极就好了……南极摇蚊：Hello？

原创 葛应强 果壳

南极大陆号称“生命禁区”，气温低到零下四五十摄氏度是家常便饭一样的事情。这里常常刮着超过12级的狂风，能掩埋一切的暴雪也在这里肆虐，仿佛要抹杀所有生命。

但就是在如此恶劣的环境中，却有一种神奇的昆虫安然生活于此，它的名字叫作南极摇蚊（Belgica antarctica，又称南极蠓）。

美丽冻人的南极大陆丨coolantarctica.com

摇蚊和平时常见的咬人蚊子一样，都是双翅目长角亚目昆虫家族的成员。虽然是亲戚，南极摇蚊却长得一点都不像常见的蚊子——没有翅膀，浑身也黑不溜秋的。而且南极摇蚊口器退化了，并不会叮人。得一句瑞思拜的南极摇蚊丨medium.com

但就是这样一种长得略很丑的小虫子，却默默抗住了南极大陆的低温、大风等各种不利生存条件，也为科学家们揭秘昆虫适应极端环境的原理作出了杰出贡献。

这小虫子到底有什么天大的本事，能够世代生息在这片冻土上？

生存大招一：脱水

脱水防冻是南极摇蚊的大招。当呼啸寒风裹着冰雪侵袭而来时，南极摇蚊会流失掉70%的体液，来防止自己被冻成冰棍。随着水分减少，南极摇蚊身体内几种抗冻物质的浓度得到了提升，比如海藻糖和赤藓糖醇（抗冻能力up！）。

南极摇蚊减少水分和提高抗冻物质浓度的过程，其实是一种被称为“快速冷驯化”的生理变化。通俗来说，快速冷驯化的意思就是降温时别一下子降太猛，一点一点降的话，生物体就能做出一些适应性的变化来抵抗极端低温环境。

南极摇蚊在不同温度下的生存率丨Teets et al. 2019，葛应强译

决定南极摇蚊能否存活的临界温度是零下9摄氏度。“丧心病狂”的科研人员为了测试南极摇蚊冷驯化的效果，进行了一个对比试验：把一组南极摇蚊从2摄氏度直接扔到临界温度；另一组也从2摄氏度开始，但先放在零下5摄氏度冻上一会儿。

对比两组的结果发现，在中间温度过度了一会儿的那组摇蚊受到的损伤较小，而且恢复期的新陈代谢速率更高，说明快速冷驯化真的有效！（南极摇蚊内心OS：“什么驯化不驯化的，不如给个痛快！”）

生存大招二：特殊基因组

南极摇蚊在极地生存的重要秘籍就是它特殊的基因。南极摇蚊的基因组中一个关键就是调控热激蛋白的基因片段，这可能就是它适应严酷环境的关键秘诀。

热激蛋白有帮助蛋白质进行跨膜运输、维持蛋白质正常折叠状态等作用。遇到极端温度时，热激蛋白就像一块盾牌，能防止其他蛋白质失活，并因此提高生命体对极端温度的耐受能力。

某种热激蛋白的三维结构图丨strong-athlete.com

绝大多数动物只会在突遭高温或者低温刺激时，才会生成热激蛋白来保护自己。而南极摇蚊特殊的基因组能够持续激活热激蛋白的表达，让它整个虫生都不怕冻手冻脚（咦？南极摇蚊幼虫好像没有手和脚）！

生存大招三：摇蚊妈妈有办法

南极摇蚊的繁殖行为也和其他昆虫不同。雌性南极摇蚊在产卵时会给它的卵宝宝们裹上一层厚厚的胶状物质。

南极摇蚊给宝宝们的开局大礼包丨Finch et al. 2020

研究证明，胶状物质中含有大量营养物质，包括各类必需氨基酸、磷酸盐以及糖类物质，能起到超过常规食物的促进生长发育的效果。相关的实验也证明了胶状物质能够充当缓冲保护层，帮助南极摇蚊幼虫抵挡脱水和低温的危害。

左图浅灰色是未涂胶状物质的组别，黑色是涂有胶状物质的组别，后者体型明显大一前者体型。丨Finch et al. 2020

对于摇蚊宝宝来说，这层胶状物质既是营养丰富的生长补剂，又是一个拥有超强防御buff的保护层，是宝宝们在严寒南极生存下去的关键之一。

生存大招四：抗冻从卵抓起

当妈的真是为宝宝操碎了心，雌性南极摇蚊还会精心选择产卵地址。

南极大陆天寒地冻，哪里比较暖和呢？答案就是冰层土壤中。当陆地上刮着刺骨寒风、平均温度低到负20摄氏度时，冰层土壤中的温度却能保持在0度左右，而且可以躲避大风，这里便是南极摇蚊宝宝们生长的地方。

在冰层土壤中抱团取暖的南极摇蚊幼虫丨u.osu.edu

土层中虽然没有刺骨寒风，温度也不至于低到零下负几十度，但还是冷呀。为了获得更多热量，南极摇蚊幼虫的体色发生了特殊的变化。

摇蚊科幼虫多呈现血红色，但南极摇蚊不一样，体色近乎黑紫色。这是因为深色可以吸收更多可见光，帮助南极摇蚊幼虫获得更多热量。

生存大招五：吃草

南极摇蚊幼虫要面临的另一个大问题便是营养来源。地处南极圈边缘的南设得兰群岛又冷又贫瘠，地面上没有什么植物。但幸运的是，这里冰层中存活着一些名为Prasiola crispa的藻类，成了南极摇蚊幼虫的食物。

能活下去就不错了，哪敢挑食丨nytimes.com

这些藻类植物能够生长，靠的是海豹粪便和企鹅粪便的滋养。别嫌臭，这可是昆虫学家们的关键信息：一线采集人员透露，要想找到南极摇蚊宝宝，就得找屎多的地儿挖去。

始于虫不止于虫

在谷歌学术搜索引擎中键入南极摇蚊的英文俗称“Antarctic midge”，会弹出超过7000条结果。科学家们对南极摇蚊的研究，涵盖了生物学、生理学、分子化学和生态学等诸多领域。

深入了解这种征服了南极大陆的特殊昆虫，不单是为了揭开它的神秘面纱、满足人类的好奇心，同时更是为了我们人类社会的发展和进步。

通过对南极摇蚊的研究，科学家们对昆虫耐寒性机制有了更加全面的了解，这将有助于推动农业昆虫的越冬防治工作。同时，南极摇蚊也为医学进步提供了新思路。医学上，器官移植过程中仍有人体组织保存时间短和活性低的大难题，南极摇蚊的生理特性说不定就是解决这个问题的关键所在。

作者：葛应强

编辑：江笑川、窗敲雨

参考文献

[1] Finch G , Nandyal S , Perretta C et al. Multi-level analysis of reproduction in an Antarctic midge identifies female and male accessory gland products that are altered by larval stress and impact progeny viability[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1).

[2] Kelley J L , Peyton J T , Fiston-Lavier A S et al. Compact genome of the Antarctic midge is likely an adaptation to an extreme environment[J]. Nature Communications, 2014, 5.

[3] Teets N M , Kawarasaki Y , Potts L J et al. Rapid cold hardening protects against sublethal freezing injury in an Antarctic insect[J]. Journal of Experimental Biology, 2019, 222(15):jeb.206011.

[4] 史彩华, 胡静荣, 李传仁等. 环境胁迫下昆虫的耐寒适应机制研究进展[J]. 植物保护, 2016, 42(006):21-28.

[5] https://www.nytimes.com/2019/09/09/science/antarctica-insects-midge-cold.html

[6] https://www.smithsonianmag.com/smart-news/how-antarcticas-only-insect-resident-survives-freezing-temperatures-180973087/

[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Belgica_antarctica

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