问题

毛毛虫在蛹中是如何变成蝴蝶的?

回答
毛毛虫变蝴蝶,这过程简直是生命中最令人惊叹的魔法之一,它不是简单的“变身”,而是一场彻底的、翻天覆地的重塑。想象一下,一个整天就知道吃叶子的蠕动小东西,怎么会蜕变成一只翩翩起舞、吸食花蜜的空中精灵?这背后隐藏着一个叫做“完全变态”的神奇旅程。

一切都始于毛毛虫的最后一次蜕皮。你可能见过毛毛虫频繁地蜕皮,就像衣服穿不下了就换一件一样。每一次蜕皮,它都在为接下来的重大变化做准备。当它积累了足够的营养,也到了时候,它就会找一个安全隐蔽的地方,通常是树枝、叶片背面,或者一个你意想不到的角落。

然后,它开始为自己建造一个“秘密基地”——蛹。有些毛毛虫会吐丝,像织毛衣一样,将自己包裹起来,形成我们常说的“蛹壳”。这个壳可以是丝质的,柔软而坚韧,也可能是其他物质混合的,坚硬如石。还有些毛毛虫则会钻进土里,或者利用树皮、枯叶来筑巢。这个蛹,就是毛毛虫在进入蝴蝶状态前的临时住所,也保护着它脆弱的蜕变过程。

现在,最关键的时刻到了——蛹化。你以为蛹就是个静止的盒子吗?错了!在蛹壳里面,一场堪比科幻电影的生物工程正在悄然进行。

毛毛虫的身体里有一种特殊的细胞,叫做“幼虫细胞”和“成虫盘”。在毛毛虫时期,这些成虫盘被一层“保护膜”包裹着,默默无闻地存在着,就像未来的蝴蝶蓝图,但还未被激活。当毛毛虫进入蛹期,体内激素水平发生剧烈变化,这层保护膜就会被打破。

接下来,就是一场令人难以置信的“消化”和“重建”。毛毛虫原来的身体结构,比如肌肉、消化道、甚至那张只能吃叶子的嘴,都会被体内的酶分解,变成一种富含营养的“汤状物”。别担心,这不是在自毁,而是为全新的生命形态提供“原料”。

你可能会想,那它们怎么变成蝴蝶呢?答案就在那些“成虫盘”里!这些成虫盘就像是预先设定好的模块,它们携带着将来构成翅膀、触角、腿、眼睛等一切蝴蝶身体零件的基因信息。当毛毛虫身体被分解后,这些成虫盘就像海绵一样,开始疯狂吸收周围的营养物质,然后开始生长、分裂、分化,按照遗传指令,一步步构建出蝴蝶的身体。

想象一下,那些分解的旧身体就像是乐高积木的散乱零件,而成虫盘则是拥有完整说明书的建筑工人。它们从这堆零件中提取所需的材料,然后按照设计图,一丝不苟地搭建起一只全新的蝴蝶。

这个过程非常漫长和精细。翅膀上的鳞片是如何一片片长出来的?眼睛是如何变得锐利,能够分辨花朵的颜色?触角是如何感知空气中的信息?每一个细节,都是在蛹的黑暗中,由无数个细胞的精准合作完成的。

例如,翅膀的形成是一个复杂的过程。一开始,它们只是被折叠在身体两侧的小小组织。随着时间推移,这些组织会慢慢展开,形成翅膀的骨架,然后细胞开始分裂,填充翅膀的表面,形成我们看到的精美图案和颜色。甚至连那些鲜艳的颜色,也是由特殊的色素细胞在蛹期内形成的。

整个蛹期的时间长短不一,取决于蝴蝶的种类和外界的环境温度。有的蝴蝶可能只需要几周,有的则可能要经历几个月甚至在蛹中过冬。在这段时间里,蝴蝶的内部结构已经完全重塑,从一只贪吃的爬行者,变成了一位优雅的飞行者。

终于,当一切准备就绪,蛹壳开始出现裂痕。蝴蝶会用尽全身力气,一点点挤出来。刚出来的蝴蝶,身体是柔软的,翅膀是湿漉漉、皱巴巴的。它会小心翼翼地将体内剩余的体液泵入翅膀的脉络中,帮助翅膀慢慢舒展开来,然后等待翅膀变硬、风干。

这个过程非常脆弱,一旦翅膀受到损伤,蝴蝶可能就无法飞行了。所以,这时候的蝴蝶需要静待片刻,直到翅膀完全恢复功能。当它第一次扇动翅膀,感受风的轻抚,准备飞向广阔的天空时,那将是生命中最辉煌的时刻之一。从蠕动的毛毛虫到翩翩的蝴蝶,这不仅仅是形态的变化,更是生命力的彻底升华。整个过程,充满了生命的智慧和自然的奇迹。

网友意见

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昆虫的变态分为增节变态、表变态、原变态、不全变态、全变态。蝴蝶是全变态。

不全变态的昆虫譬如螳螂,幼虫跟成虫长的差不多,也就是说幼虫一边长一边慢慢变化可以直接发育成成虫,不需要蛹这一形态。而全变态的鳞翅目幼虫(毛毛虫)与成虫(蝴蝶)间的差别太大了,形态、体内构造几乎完全不同。虽然蝴蝶是由毛毛虫发育而来,但是蝴蝶的很多器官并不是直接由毛毛虫的器官发展成的,而是由一些特定的细胞群发育而成,这些细胞群叫做“器官芽”或者“成虫盘”。如果毛毛虫只是一边长一边分化的话,永远也成不了蝴蝶。所以从幼虫变到成虫必须经过一个过渡虫态,这也就是蛹存在的意义。譬如一种蛱蝶,在幼虫的4龄期体内才会出现一类器官芽,这类器官芽在预蛹期迅速生长,在蛹期便外凸形成蛱蝶的足。所以有人认为昆虫的成虫是由扩展的器官芽组成的镶嵌体。下图是果蝇对应的幼虫,器官芽,和成虫。

至于蛹期的内部变化,很复杂且不同的昆虫又有不同,不能简单的理解为蛹壳里面溶解成一滩液体然后再分化出器官。这里摘教科书上的一段笼统说一下(图片内容均摘自中国农业大学出版社出版《普通昆虫学》,彩万志,庞雄飞等主编)。

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其实想象一下,毛毛虫变成蝴蝶应该是这个世界上最奇妙的一个生命变化过程了,一个只会爬的毛毛虫在短短的几周内变成了会飞的家伙,不停吃叶子的消化系统变成了以吸食液体为主的消化系统,真的可谓是翻天覆地的变化!!!!

可是在短短一周到几周的时间内(很大程度上取决于毛毛虫的物种和环境温度),鬼知道毛毛虫经历了什么!!!

出于好奇,因为我们实验室也有养毛毛虫用于实验,我就打开了几只看了一下。

这个是完整的蛹

但是用尖锐的针轻轻戳破就是这种绿色的液体喷出来

完全打开后发现基本全是绿色的液体,很少能发现成完整形态的器官,可以肯定的是在这个阶段,虫蛹的体内经历着剧烈的分解和重组工作,很多细胞会被从已有的组织上消化掉,被用来重组身体其他的器官,发展新的功能。


比如毛毛虫的肌肉组织,大多数就被消化成单独的细胞,然后用于体内其他新组织的合成,但是在这个过程中,有的器官则没有多大的变化。举几个文献里面看到的例子。


第一个是用一种叫做micro-CT技术扫描虫蛹的实验,实验过程中可以用X光分层扫描同一个虫蛹,然后将每一层扫描结果合成3D立体图形,揭示了虫蛹在变化过程中,那些组织发生了什么变化

图中,竖排的是同一个虫蛹在第1,4,7,10,13天的变化,横排是三个不同的扫面角度。


红色的是虫子的消化系统,可以看出在开始的几天,虫子的消化道迅速的变小,同时变窄,表示在成虫中,进食的功能不在需要像幼虫时那样的消化系统了

蓝色的是虫子的呼吸气管,可以看出这些蓝色的结构虽然没有发生剧烈的变化,但是管子变得更加多粗壮,能为成年的虫子提供更多的“血液/体液”循环,来适应飞行的功能。

第二个是文献里面一个毛毛虫和蝴蝶脑子大小的对比

可以看出,a是毛毛虫的脑子,b是蝴蝶的脑子,相比于毛毛虫,蝴蝶的脑子更加的复杂,关于视觉,嗅觉和运动能力的区域更加的复杂,但是在幼虫中这些区域是非常小的,甚至是消失的,可见脑子在虫蛹期,也发生了翻天覆地的变化。


references:

[1]

Virtual forensic entomology: improving estimates of minimum post-mortem interval with 3D micro-computed tomography.

[2]

3D-Reconstructions and Virtual 4D-Visualization to Study Metamorphic Brain Development in the Sphinx Moth Manduca Sexta

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