作者：蘇澄宇（科普創(chuàng)作者）
監(jiān)制：中國科普博覽
在持續(xù)兩個小時的鉆孔后，一只寄生蜂穿透了2mm厚的聚苯乙烯培養(yǎng)皿，小心翼翼地在器皿壁外產(chǎn)下一顆半透明的、形如米粒的卵……
在培養(yǎng)皿外邊產(chǎn)下的卵
（圖片來源：參考文獻[1]）
這是一個關(guān)于寄生蜂的實驗，不過做實驗的是一個13歲的俄羅斯少年。馬特維·尼克爾斯帕格對寄生蜂非常著迷，因為它們的繁殖方式有點獨特，它們沒有自己的固定巢穴，而是將卵產(chǎn)在其他昆蟲或植物體內(nèi)，這也是其得名“寄生”蜂的原因。
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旋小蜂：用產(chǎn)卵器在培養(yǎng)皿上打洞
為了研究寄生蜂的產(chǎn)卵方式，他在家里搭建了一個屬于自己的實驗室。從2017年開始，他就一直在薩拉托夫市附近的田間尋找、捕捉一種名為旋小蜂（Eupelmus messene）的寄生蜂。
他總共抓了56只雌性旋小蜂，其中18只放在了聚苯乙烯培養(yǎng)皿里飼養(yǎng)。除了定時給食物，培養(yǎng)皿里面啥都沒有，空蕩蕩的。他將其余的旋小蜂放在了有植物莖葉的培養(yǎng)皿里飼養(yǎng)，以便將其做成蟲癭來寄生。
實驗過程
（圖片來源：參考文獻[1]）
這里得說明一下，寄生蜂在正常情況下都會用植物組織或其他昆蟲作為筑巢對象，用產(chǎn)卵器把自己的卵注射進里面，被寄生的部分會因為細胞加速分裂和異常分化，導(dǎo)致畸形瘤狀物的產(chǎn)生，這就是蟲癭，也就是那些寄生蜂寶寶居住的巢穴。
寄生蜂產(chǎn)生蟲癭的過程
（圖片來源：plos one）
不管怎么說，大部分植物的莖葉硬度是沒有培養(yǎng)皿的硬度高的，寄生蜂可以輕而易舉地刺穿莖葉來繁衍后代，這也是它們的基本能力。但很少有人想到寄生蜂居然可以刺穿較高硬度的培養(yǎng)皿。
那18只放在培養(yǎng)皿的旋小蜂，有5只并沒有因為失去了合適的寄生對象而放棄產(chǎn)卵，反而用銳利的產(chǎn)卵器在塑料培養(yǎng)皿上打洞。它們的產(chǎn)卵器長度為2mm，直徑為20μm，尖端還有著鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。
旋小蜂的產(chǎn)卵器位置
（圖片來源：參考文獻[1]）
旋小蜂的產(chǎn)卵器
（圖片來源：參考文獻[1]）
產(chǎn)卵器的尖端
（圖片來源：參考文獻[1]）
打洞的過程并不簡單，根據(jù)尼克爾斯帕格的統(tǒng)計，平均下來，一只旋小蜂刺穿一個培養(yǎng)皿大約需要兩個多小時。
他觀察發(fā)現(xiàn)，旋小蜂鉆刺培養(yǎng)皿的過程用了三種不同的動作，第一種是類似搖晃的推壓動作，第二種是旋轉(zhuǎn)，第三種是猛烈地突刺。
被刺穿的培養(yǎng)皿
（圖片來源：參考文獻[1]）
不過旋小蜂打洞也不是一直不停的，而是在此期間會喝水、吃東西，吃飽喝足后又找回原來的鉆孔對象繼續(xù)鉆刺。
在培養(yǎng)皿留下的洞
（圖片來源：參考文獻[1]）
在完全鉆透培養(yǎng)皿后，其底部會留有一個直徑30μm的小洞，旋小蜂媽媽會小心翼翼地將卵放置到培養(yǎng)皿外邊。盡管培養(yǎng)皿外邊也沒有養(yǎng)分可以給卵吸收。
在培養(yǎng)皿外邊產(chǎn)下的卵
（圖片來源：參考文獻[1]）
尼克爾斯帕格還觀察到了一個有趣的現(xiàn)象，那些生活在有蟲癭可寄生的旋小蜂里，有3只選擇在塑料上打洞。明明有活物可以寄生，非要在毫無生機的聚苯乙烯上打洞，對于這個現(xiàn)象，尼克爾斯帕格也暫時沒找到解釋的辦法。
2023年8月，年輕的尼克爾斯帕格在《膜翅目昆蟲研究》雜志上發(fā)表了關(guān)于這項研究的論文，并且在俄羅斯薩拉托夫國立大學(xué)攻讀學(xué)士學(xué)位。
除此之外，關(guān)于這個研究還有很多的疑問。比如，刺穿較高硬度的培養(yǎng)皿來產(chǎn)卵是一個犧牲的行為，這會不會損害到它的產(chǎn)卵器？其他種類的寄生蜂會不會也具有同樣的穿刺能力呢？
不管怎么樣，這個研究證明了旋小蜂產(chǎn)卵器的鉆刺能力。如果能搞明白其中的原理機制，以后可以將其應(yīng)用到其他穿刺類工具的發(fā)明之中。
那寄生蜂為什么可以刺穿培養(yǎng)皿呢？
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馬尾姬蜂：穿刺宿主的又一證明
關(guān)于寄生蜂穿刺宿主這件事，其他科學(xué)家也很感興趣，只是其他科學(xué)家找的不是旋小蜂，而是一種馬尾姬蜂（Ichneumon sargassum）。和前者不一樣的地方是，它的產(chǎn)卵器更長，長度達到了40mm，是前者的20倍。
（圖片來源：參考文獻[2]）
因為產(chǎn)卵器足夠長，所以馬尾姬蜂的穿刺動作看起來也更夸張，它會把腹部高高翹起，然后狠狠地扎入植物組織內(nèi)。不管從哪個角度看過去，馬尾姬蜂的穿刺動作都比旋小蜂恐怖得多……
馬尾姬蜂的穿刺動作
（圖片來源：參考文獻[2]）
如此細長的穿刺動作，看起來讓人不禁擔(dān)心，它的產(chǎn)卵器是不是隨時會彎掉，甚至斷掉。研究者正是從此角度進行試驗，看它是怎么在穿刺過程中保持機械穩(wěn)定的。
在這里涉及到了一個專業(yè)名詞，叫作“歐拉臨界力”。歐拉臨界力是指細長桿在彈性范圍內(nèi)穩(wěn)定的最大受壓力，它與壓桿的長度、截面形狀、尺寸、材料、支撐情況有關(guān)。突破歐拉臨界力會導(dǎo)致細長桿失穩(wěn)，即產(chǎn)生塑性變形，無法恢復(fù)原狀。
在對馬尾姬蜂進行實驗時，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它的產(chǎn)卵器能夠承受比歐拉臨界力大10倍的應(yīng)力而不會斷掉。要知道，很多人類制成的細長穿刺工具都做不到這一點，而馬尾姬蜂做到了。
那它的產(chǎn)卵器是如何做到能夠承受如此大的應(yīng)力呢？
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，馬尾姬蜂的產(chǎn)卵器并不是簡單的一根針，而是有著多重結(jié)構(gòu)，可以交替地收縮和伸張，每次收縮都會形成一個提升張力，進而能承受更大的應(yīng)力。
產(chǎn)卵器穿刺過程會彎曲但不會斷掉
（圖片來源：參考文獻[2]）
簡單來說，它的產(chǎn)卵器更像一個由多部分組成的柔性微針，因此可以在保持產(chǎn)卵器剛性的同時提高安全性，讓其不會輕易斷掉。
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韋氏縮腹榕小蜂：金屬鋅+產(chǎn)卵器
光柔不夠，還得夠硬！
有人還對寄生蜂產(chǎn)卵器的最尖端部分進行了研究分析，發(fā)現(xiàn)雖然產(chǎn)卵器整體顯柔性，但其尖端部位卻異常的堅硬。
寄生蜂的穿刺動作
（圖片來源：參考文獻[3]）
2014年，科學(xué)家對韋氏縮腹榕小蜂進行了試驗，用掃描電鏡子和原子力顯微鏡對其產(chǎn)卵器進行觀察，發(fā)現(xiàn)它的尖端富含鋅。
電鏡下富含鋅的產(chǎn)卵器尖端
（圖片來源：參考文獻[3]）
有了金屬的加成，寄生蜂的產(chǎn)卵器尖端硬度大大加強，再加上它的鋸齒，刺穿無花果完全不是問題。
當(dāng)然，我們有理由相信，前面介紹的旋小蜂之所以可以刺穿培養(yǎng)皿，有很大的可能是因為它的產(chǎn)卵器尖端也是金屬的，產(chǎn)卵器中部也是柔性的。
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結(jié)語
在日常生活中，蜜蜂的蜂針往往令人害怕，一個不小心就會被蟄得疼痛難忍。令人更意想不到的是，寄生蜂的“針頭”居然還能刺穿高硬度的培養(yǎng)皿。盡管這些動物身上的針刺會給人類的皮膚造成傷害，但其運作原理也為我們看待自然生命體提供了新的視角。
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參考文獻：
[1]Nikelshparg MI, Nikelshparg EI, Anikin VV, Polilov AA (2023) ?Extraordinary drilling capabilities of the tiny parasitoid?Eupelmus messene?Walker (Hymenoptera, Eupelmidae). Journal of Hymenoptera Research 96: 715-722.
[2]Wen, Rongwei & Wang, Zheng & Yi, Juan & Hu, Yong. (2023). Bending-activated biotensegrity structure enables female Megarhyssa to cross the barrier of Euler’s critical force. Science Advances. 9. 10.1126/sciadv.adi8284.
[3]Lakshminath Kundanati, Namrata Gundiah; Biomechanics of substrate boring by fig wasps. J Exp Biol 1 June 2014; 217 (11): 1946–1954.