昆蟲在寒冷冬天如何取暖？翅膀是它們的“加熱器”

據(jù)國外媒體報道，幾億年以來，昆蟲成功滲透到地球的每個角落，擁有堅硬的外骨骼保護(hù)自己免遭掠食者和環(huán)境污染的危害。但當(dāng)冬季來臨，昆蟲無法使用羊毛編織小毛毯，它們?nèi)绾伪Ｅ兀?/p>

冷與熱

人類是恒溫動物，也被稱為溫血動物，人體恒溫系統(tǒng)可以控制他們的體溫保持在37攝氏度不變，人體已進(jìn)化形成幾種機(jī)制來保持熱量，并在必要的時候排出體外，出汗、起雞皮疙瘩、顫抖都是人類身體試圖保持最佳溫度的方式，其他哺乳動物也有相應(yīng)的策略，例如：長著厚密皮毛，不停地喘氣。

與恒溫動物不同，變溫動物通常被稱為冷血動物，其中包括爬行動物和兩棲動物，他們的體溫隨著周圍溫度而波動，這就是為什么蛇和短吻鱷是“鐵桿日光浴者”，在這兩種分類中，昆蟲屬于哪一類呢？

昆蟲的奇妙之處在于它們的多樣性，昆蟲是由身體兩側(cè)對稱多肢體構(gòu)成，身體分為幾段，從某種意義上講，昆蟲是“終極雪花”——其形態(tài)、行為和適應(yīng)性有著驚人多樣性，因此，昆蟲并不完全屬于溫血動物或者冷血動物的范疇，這是有道理的。

傳統(tǒng)上認(rèn)為昆蟲是變溫動物，的確如此，但并不完全這樣，有些昆蟲比其他昆蟲更易受外界溫度的影響。事實上昆蟲分為恒溫和變溫動物兩類，變溫動物是指體溫可以依據(jù)周圍環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的昆蟲。恒溫動物有能力調(diào)節(jié)身體內(nèi)部溫度，尤其是某些身體部位，對某些身體部位的選擇性加熱或者冷卻稱為（區(qū)域）異質(zhì)性，像黃蜂、蜜蜂、飛蛾、蝴蝶和甲蟲，它們都是恒溫動物。

翅膀——不僅僅是用于飛行的

想象一下，你是一只昆蟲，你的手臂是類似蝙蝠或者鳥的翅膀，你必須在高速飛行時揮動手臂，這無疑是一項非常艱苦的工作，需要消耗大量的熱量，為了產(chǎn)生飛行所需的所有能量，昆蟲必須擁有快速代謝率，但我們體內(nèi)代謝反應(yīng)并不總是高效的。

這些反應(yīng)在控制翅膀的肌肉中產(chǎn)生能量，形成大量的熱量和能量，昆蟲降溫的一種方式就是通過飛行，飛行增加了血淋巴循環(huán)，血淋巴是昆蟲體內(nèi)的一種液體，類似于人體血液，它將熱量散發(fā)至全身各處，來自昆蟲胸部的熱量，也就是翅膀所在的位置，被傳遞至腹部，腹部的熱量通過蒸發(fā)將逐漸流失。

這樣，昆蟲腹部就像一個散熱器，冷的時候可以“儲存”熱量，太熱的時候就像一個熱量分配器。昆蟲在寒冷的條件下會消耗多余的熱量，低溫并不適合飛行，因為在低溫條件下，飛行所需的新陳代謝反應(yīng)不夠快。

為了克服這一點(diǎn)，昆蟲會進(jìn)行一些“熱身運(yùn)動”，用力地前后拍打翅膀，該行為類似于顫抖，目的是在不飛行時產(chǎn)生取暖的熱量，如果身體暖和準(zhǔn)備起飛時，它們會在起飛前幾分鐘將“引擎”加速。

徒勞的取暖方式

顫抖并不是昆蟲唯一的取暖方式，科學(xué)家通過幾項研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蜜蜂試圖暖和身體時，會出現(xiàn)一個能量“無效循環(huán)”，該過程是沒有取暖效果的，它是兩個相反路徑的兩個相反步驟——糖酵解（分解葡萄糖）和糖異生（制造葡萄糖）。

果糖6-磷酸（F6P）在糖酵解過程中通過磷酸果糖激酶（PFK）轉(zhuǎn)化為果糖1，6-二磷酸（F1，6P），在糖異生過程中，果糖1，6-二磷酸酶（FbPase）能夠轉(zhuǎn)化為兩種分子，第一個反應(yīng)使用了ATP分子，但是第二個反應(yīng)并未形成任何ATP分子。

糖酵解和糖異生之間的無效循環(huán)

ATP分子是細(xì)胞的“能量貨幣”，細(xì)胞通過分解ATP分子產(chǎn)生能量，擁有更多的ATP分子意味著能夠產(chǎn)生更多的熱量，細(xì)胞將必須“加班工作”，為了獲得能量，必須維持充足的ATP分子供應(yīng)。

在正常情況下，糖酵解和糖異生兩個反應(yīng)不會同時發(fā)生，細(xì)胞要么進(jìn)行糖酵解，要么進(jìn)行糖異生;然而一些蜜蜂有能力啟動這個循環(huán)產(chǎn)生熱量，但這是一項自相矛盾的研究，結(jié)果顯示一些蜜蜂不具備這樣的能量循環(huán)。

昆蟲擁有溫度感受器

為了利用以上奇特的方法控制體溫，昆蟲必須首先感知外界環(huán)境是溫暖還是寒冷，它們通過觸角上一組感受器來完成這一過程，這些感受器被稱為“瞬時感受器電位通道（TRP通道）”。

這些感受器對周圍溫度變化非常敏感，并將信息傳遞給昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，這些神經(jīng)系統(tǒng)通過科學(xué)家正在探索研究的機(jī)制，進(jìn)行必要的身體改變。

研究表明，阻斷某些受體會導(dǎo)致昆蟲體溫降低（低于正常體溫水平），而阻斷TRP通道會使昆蟲體溫升高（高于正常體溫水平）。

有趣的是，TRP通道在昆蟲進(jìn)化歷程中被保存下來，這意味著人類和昆蟲DNA存在某些相同基因或者通過指令檢測體溫。進(jìn)化生物學(xué)家對昆蟲基因如何沿著進(jìn)化高速公路的改變，并在進(jìn)化路徑上形成分叉進(jìn)行研究，通過這些微小變化評估這些變化發(fā)生的時間。

總而言之，即使昆蟲擁有類似人類的基因能夠感知溫度變化，它們也不需要像人類一樣在寒冬穿厚衣服取暖、在夏季穿單薄涼爽衣服降溫，因為它們的體形很小。