出品：科普中國

作者：蘇澄宇（科普創作者）

監制：中國科普博覽

在持續兩個小時的鉆孔后，一只寄生蜂穿透了2mm厚的聚苯乙烯培養皿，小心翼翼地在器皿壁外產下一顆半透明的、形如米粒的卵……

在培養皿外邊產下的卵

（圖片來源：參考文獻[1]）

這是一個關于寄生蜂的實驗，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，而是將卵產在其他昆蟲或植物體內，這也是其得名“寄生”蜂的原因。

旋小蜂：用產卵器在培養皿上打洞

為了研究寄生蜂的產卵方式，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皿里飼養。除了定時給食物，培養皿里面啥都沒有，空蕩蕩的。他將其余的旋小蜂放在了有植物莖葉的培養皿里飼養，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，導致畸形瘤狀物的產生，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皿。

那18只放在培養皿的旋小蜂，有5只并沒有因為失去了合適的寄生對象而放棄產卵，反而用銳利的產卵器在塑料培養皿上打洞。它們的產卵器長度為2mm，直徑為20μm，尖端還有著鋸齒狀的結構。

旋小蜂的產卵器位置

（圖片來源：參考文獻[1]）

旋小蜂的產卵器

（圖片來源：參考文獻[1]）

產卵器的尖端

（圖片來源：參考文獻[1]）

打洞的過程并不簡單，根據尼克爾斯帕格的統計，平均下來，一只旋小蜂刺穿一個培養皿大約需要兩個多小時。

他觀察發現，旋小蜂鉆刺培養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，第三種是猛烈地突刺。

被刺穿的培養皿

（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鉆刺。

在培養皿留下的洞

（圖片來源：參考文獻[1]）

在完全鉆透培養皿后，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皿外邊。盡管培養皿外邊也沒有養分可以給卵吸收。

在培養皿外邊產下的卵

（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》雜志上發表了關于這項研究的論文，并且在俄羅斯薩拉托夫國立大學攻讀學士學位。

除此之外，關于這個研究還有很多的疑問。比如，刺穿較高硬度的培養皿來產卵是一個犧牲的行為，這會不會損害到它的產卵器？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，以后可以將其應用到其他穿刺類工具的發明之中。

那寄生蜂為什么可以刺穿培養皿呢？

馬尾姬蜂：穿刺宿主的又一證明

關于寄生蜂穿刺宿主這件事，其他科學家也很感興趣，只是其他科學家找的不是旋小蜂，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。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，看起來讓人不禁擔心，它的產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定的。

在這里涉及到了一個專業名詞，叫作**“歐拉臨界力”**。歐拉臨界力是指細長桿在彈性范圍內穩定的最大受壓力，它與壓桿的長度、截面形狀、尺寸、材料、支撐情況有關。突破歐拉臨界力會導致細長桿失穩，即產生塑性變形，無法恢復原狀。

在對馬尾姬蜂進行實驗時，科學家發現，它的產卵器能夠承受比歐拉臨界力大10倍的應力而不會斷掉。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。

那它的產卵器是如何做到能夠承受如此大的應力呢？

科學家發現，馬尾姬蜂的產卵器并不是簡單的一根針，而是有著多重結構，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力。

產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，因此可以在保持產卵器剛性的同時提高安全性，讓其不會輕易斷掉。

韋氏縮腹榕小蜂：金屬鋅+產卵器

光柔不夠，還得夠硬！

有人還對寄生蜂產卵器的最尖端部分進行了研究分析，發現雖然產卵器整體顯柔性，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卵器進行觀察，發現它的尖端富含鋅。

電鏡下富含鋅的產卵器尖端

（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皿，有很大的可能是因為它的產卵器尖端也是金屬的，產卵器中部也是柔性的。

結語

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。

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.

來源: 中國科普博覽

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