帝王蝶四代接力完成的迁徙

冯立国   2016-06-09 01:58:38


口 撰文·供图/徐令予

千千万万只处在半冬眠状态的帝王蝶合抱着杉树、覆盖着山坡,它们正在养精蓄锐,开春后准备重返北美的原野。望着这漫山遍野的帝王蝶,弗雷德不禁思绪万千:那美艳轻盈的翅膀怎么能荷载着帝王蝶飞越千山万水到达万里外的越冬地?

北美大陆上生活着一种非常著名的蝴蝶——帝王蝶。它学名大桦斑蝶,长着一对长达十几厘米的翅膀,翅膀以金色为主,呈王冠状,因此被人们称作“帝王蝶”。这些在美国和加拿大夏日的田野上翩翩起舞的彩蝶不知迷倒了多少痴情男女,这其中也包括1911年出生在加拿大多伦多的男孩弗雷德(Fred Urquhart),他从5岁起就成了蝴蝶迷。可是弗雷德生活的地方夏日苦短,漫长的冬季见不到色彩绚丽的蝴蝶成了少年弗雷德之烦恼。




每年11月初至第二年3月,亿万只帝王蝶不远万里,从位于美国和加拿大边境的夏季栖息地飞到墨西哥中部米却肯州的蝴蝶谷过冬。供图/华盖创意



帝王蝶是北美大陆的一种非常美丽的蝴蝶。它的翅膀黑色与金黄色相间,翅边嵌着白点,呈王冠状。它的双翅展开时长约12厘米,与娇小的身躯不成比例。供图/华盖创意


帝王蝶迁徙路线图。供图/徐令予

最新的研究证实:帝王蝶越冬迁徙的导航依靠的是经生物时钟讯号校正过的太阳方位,它们一路向西南行,早上沿着太阳右边向前飞,下午靠着太阳左边飞。

在加拿大和墨西哥之间迁徙

“冬天帝王蝶去了哪里?”这个著名的“蝴蝶之问”从此终生伴随着弗雷德。弗雷德长大后成为了动物学教授,他找了一位帝王蝶女粉丝作终生伴侣,这对夫妻把他们的一生贡献给了研究帝王蝶的事业。从1937年起,他们开始了长达38年寻找帝王蝶冬天迁徙之谜的科学探索。

为了寻找帝王蝶冬天的行踪,以当时的技术手段,只能从对帝王蝶做记号着手。弗雷德花了好几年的功夫才找到合适的标签和胶水,这种贴在翅膀上的小标签既不能妨碍蝴蝶飞行,又必须能经受风吹雨打。

弗雷德为数以千计的帝王蝶贴了标签。为了追踪和纪录这些带着标签的帝王蝶,他又创建了昆虫迁徙协会(即今日的 Monarch Watch 组织)。该协会在北美有数千会员,为寻找迁徙路线,他们为几十万帝王蝶贴上了标签。男女合作、老少携手,一场对帝王蝶越冬迁徙研究的全民运动蔚然成风。在大家的大力支持和配合下,弗雷德取得了大量帝王蝶飞行的数据。这些数据转成了墙上大地图上的红色斑点,渐渐地,帝王蝶从加拿大、美国东北和中西部向西南越冬迁徙的路线图越来越清楚地呈现出来了。这条迁徙路线跨越美国版图,消失在美国德克萨斯州与墨西哥接壤的边界一带。攻坚阶段,1972年弗雷德的妻子在墨西哥的报纸登载广告,请求墨西哥的志愿者协助查找帝王蝶越冬的栖息地。

很快,一个住在墨西哥的美国人肯(Ken Brugger)和他的墨西哥妻子决定投入该项科研项目,他们开着旅行房车拿着帝王蝶的照片,在墨西哥中部山区搜索。但当地的山民并不配合,因为山民们认为一年一度准时回归的帝王蝶是他们已故亲人的灵魂,他们不愿外人去打扰这些归魂。经过两年多的努力,这两位热心人终于取得突破。1975年1月9日晚上,弗雷德收到了肯的振奋人心的电话:“我们已经定位帝王蝶!”他说,有千万只以上的帝王蝶聚集在高山上一大片常绿的欧亚梅尔杉树上。

帝王蝶越冬的栖息地在墨西哥中部米却肯州海拔3000米的高山丛林中,这个地方距离它们迁徙的起点有4000多公里。1976年1月9日,弗雷德不顾年老体衰登上了这片帝王蝶越冬的群峰,亲眼见到了千千万万、重重叠叠合抱着杉树冬眠的帝王蝶,他终于圆了自已近60年的追蝶梦。就在那一刻,当弗雷德上上下下扫视着挤满在树干上的帝王蝶时,一根不堪重荷的树枝断落在他的脚旁,忽然看见地上的一只蝴蝶的翅膀上有标签。他拾起标签,上面的代号为“PS 397”!随行的国家地理杂志记者立即把这个历史性时刻永远地定格了下来。




作为昆虫,帝王蝶竟然像众多候鸟一样南北迁徙,而且迁徙的距离超过4000公里。更不可思议的是,它们的北迁过程不是由一代来完成,而是经由多达四代的“生命接力”才得以实现。供图/华盖创意

后经证实,“PS 397”是密尼苏达州一个高中生做的标签,这只蝴蝶花了2个月,飞行3200多公里才到达这个越冬地。这只标签对于弗雷德而言,就像物理学家在迈克尔逊实验结束后证实光速是个常数C,就像数学家证明费尔马大定理而做的最后一个算式。对于弗雷德,这个标签真比一张中了千万元头奖的彩票还要珍贵。

千千万万只处在半冬眠状态的帝王蝶合抱着杉树、覆盖着山坡,它们正在养精蓄锐,开春后准备重返北美的原野。望着这漫山遍野的帝王蝶,弗雷德不禁思绪万千,那美艳轻盈的翅膀怎么能荷载着帝王蝶飞越千山万水到达数千里外的越冬地?更为不可思议的是,帝王蝶春天里向北迁徙,秋天为越冬南返,它们要通过四代的接力才能完成此项壮举。也就是说,飞越数千公里到达墨西哥越冬地的帝王蝶生前从未到过这里,它们究竟又是依靠什么机制千里飞渡不迷路?弗雷德提出一个著名的猜想:“肯定有某种本能和程序在起作用。”他认为,帝王蝶生命中一定有种编码,是这种编码和程序指挥着帝王蝶千里飞行不迷路。

靠生物时钟校正的太阳方位导航

行文至此,说的都是已经过去了的故事。 2016年4月14日,BBC一则新闻的题目是:“帝王蝶迁徙之谜被破解。”该新闻对美国华盛顿大学的一个研究小组发表在《细胞》杂志上的论文作了报道。我觉得该项研究是为弗雷德猜想作了最完美的证明。

最新的研究证实:帝王蝶越冬迁徙的导航依靠的是经生物时钟讯号校正过的太阳方位,它们一路向西南行,早上沿着太阳右边向前飞,下午靠着太阳左边飞。

事实上科学家对此早有所知,他们不仅知道帝王蝶依靠太阳导航,而且导航中必须有生物时钟参与,而且他们还知道时钟讯号生成在帝王蝶的两根触须上,因为观察表明缺失触须的帝王蝶只会转圈乱飞。研究人员把蝴蝶分成两组:一组把黑漆塗在触须上,另一组塗透明漆。结果前一组转圈乱飞,后一组飞行定向功能完全正常。由此可知,蝴蝶的触须中有感知太阳光的能量和光谱的感应器,并由此产生对应着昼夜的生物时钟讯号。

帝王蝶越冬迁徙的路线和导航机制已经分析清楚,但究竟是一种什么样的力量推动着帝王蝶作出长征的壮举?我们当然知道北美冬天的严酷气候迫使它们返回南方避寒,但是为什么过冬后又要年复一年返回北方?



科学家使用飞行模拟器追踪在加拿大安大略捕获的23只正在迁徙途中的帝王蝶的迁徙方向,结果发现,这些蝴蝶朝着西南方飞向它们的越冬地。科学家再把这些蝴蝶个体向西移动2500公里到了加拿大艾伯塔之后,它们还是继续朝着西南方向飞行。供图/徐令予

现在可以确知,墨西哥中部山区就是帝王蝶的原生地。帝王蝶的幼虫完全依赖于一种称为乳汁草(Milkweed ,又叫马利筯)的植物,吃了这种有毒植物并躲在气味难闻的草叶中的帝王蝶幼虫方可避免各种天敌的进攻。而当地高山上的杉树和气候又为帝王蝶半冬眠状态提供了最佳场所,所以这块土地就是帝王蝶生命的摇篮和故乡。故乡虽好,但故乡太小,更无奈的是乳汁草太少。一切物种图生存求发展的根本是扩大种群的规模,大量繁殖才是硬道理。大量繁殖的基础是寻求大片的乳汁草,在最后一次冰河期结束后,随着冰雪向北退缩,原产地为墨西哥的乳汁草不断地向北美挺进。渐渐地,帝王蝶的队伍也跟着乳汁草向北美挺进。

早春,从墨西哥越冬栖息地苏醒过来的帝王蝶先忙于婚配,然后雌蝶急急地飞向北方——美国的德克萨斯州,把受精卵洒向大片的乳汁草地。第一代帝王蝶幼虫最大限度地消耗完当地乳汁草资源后,成熟后的帝王蝶接着向北飞行,找到更大片的乳汁草资源后,紧接着繁殖下一代。帝王蝶从春天开始,分3个波次接力前进,最后到达加拿大的大片乳汁草地。通过三代繁殖,帝王蝶种群的规模以几何级数增加,个体数量可达几十亿以上。出生在加拿大的第四代帝王蝶破茧化蝶时已经是夏末时分,尽管整个种群已经发展成超级规模,但灾难却在向它们慢慢逼近。这时候的帝王蝶不会迷恋婚配,它们抓紧时间吃饱撑足,为万里长征作好充分的准备。气候稍有变化,这第四代帝王蝶便肩负起整个种群生存的重任,万里挺进,把帝王蝶的薪火和希望带回它们的龙兴之地,为来年新的轮回作拼死一博。

帝王蝶一年四代一个轮回,代代都有不同的责任和追求,前三代不顾一切把种群做强做大,第四代绝地反击把种群领出险境。肩负越冬迁徙任务的第四代是最为英雄的一代,它们为了整个种群的最高利益向着南方、向着故乡,飞越万里关山。秋天黄昏的北美原野上,“落霞与群蝶齐飞,秋水共长天一色。”百万帝王蝶遮天蔽日万里迁徙是这个世界上令人叹为观止的自然奇迹。帝王蝶向我们昭示着生命的真正价值,也把这个星球点缀得艳丽多彩。

有必要指出,单靠太阳导航机制是不足以保证帝王蝶精确返回祖居地的,它们万里迁徙过程中应该还有其他辅助机制的参与。最近研究人员发现,磁感应蛋白与光敏隐花色素蛋白复合体(MagR/Cry)会自发地和外部磁场对齐,从而使动物能感知磁场的方向和强度。这种蛋白复合体稳定地存在于鸽子、蝴蝶、鼠类、鲸鱼体内。磁感应蛋白和越冬地树木的特殊化学气味是否都参与了帝王蝶越冬迁徙的导航?目前,科学家们还在做进一步的研究。

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