唯一能定居南极的昆虫，到底有多可怕

北极已知的昆虫足有两千多种，而南极却只有一种原生的昆虫，这就是南极摇蚊（Belgica antarctica）。

图片来源：Yuta Shimizu / Osaka Metropolitan University

2022年年初，我有机会采访了一名曾到访北极地区斯瓦尔巴群岛，研究当地环境DNA的科学家。聊起第一次进入北极圈的感受，他说：“说实话，我印象最深的其实是蚊子。”在斯瓦尔巴群岛的夏天，随着冻土的表层融化，蚊虫格外的多， “去之前我也期待着能在无人区里探险、找化石。但去了以后最大的感受却是蚊子，它们无时无刻不在你身边。”

然而相比北极，南极则荒凉得多。这里超过95%的面积常年被冰雪覆盖，一道全球最宽的海峡——德雷克海峡（Drake Passage）——将南极洲与南半球其他大陆隔开。而南极绕极流则像是一道无形的结界，将暖流隔绝在南极洲之外。

这份荒凉也体现在昆虫的多样性上：北极已知的昆虫足有两千多种，而南极却只有一种原生的昆虫，这就是南极摇蚊（Belgica antarctica）。

虽然名字带“蚊”，但南极摇蚊其实属于摇蚊科，并不是那些我们熟悉的、会咬人的蚊子。南极摇蚊的成虫也没有翅膀和用于吸血的口器。（图片来源：Igor Gvozdovskyy/wikipediaCC BY 4.0）

早在19世纪末，比利时南极科考项目（Belgian Antarctic Expedition）在南极半岛的热尔拉什海峡（Gerlache strait）附近第一次发现了这种摇蚊。而随着之后的研究者的采样范围逐渐向南延伸，南极摇蚊的分布范围也一路南扩，超过了南纬69°。但从始至终，南极圈里只发现了这一种原生的昆虫。

生存不易

想要生活在南极，寒冷是最大的挑战。即使不深入到南极点附近，只在（南极圈内）纬度相对较低的南极半岛上，冬季温度也可以达到零下数十摄氏度。但好在，厚厚的冰雪有时也可以成为绝佳的隔热材料。这里的陆地上刮着每秒十几米的强风，极夜时会经历每天19个小时的黑暗。在南极摇蚊的大部分生命中，它们都躲在冰雪下的土壤里，安然享受着冰雪的保暖效果。测量数据显示，在大约1厘米深的土壤中，一年有超过300天的时间温度都不会低于-2摄氏度，即使在最寒冷的几天，也不会低于-5摄氏度。

即使处在零度以下，南极摇蚊也有办法避免自己被冻成冰块。它们的血淋巴（昆虫的“血液”）中含有天然的抗冻剂，主要成分为赤藓糖醇、葡萄糖和海藻糖。原理类似冬天在街上撒盐融雪，这些成分可以让南极摇蚊体内液体的冰点降低，不至于在体内生成致命的冰晶破坏组织，尤其是破坏细胞结构。

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除了冷，南极还有另一种容易被忽视的致命问题——缺水。持续的零下温度不仅意味着体液会结冰，也让几乎所有可能获得的液态水都变成了固态。水是生命之源，但冰可不是。在寒冷的环境中，大部分生物都无法利用固态的冰。但南极摇蚊不仅拥有极强的抗脱水能力，它们甚至可以利用这一点。

与沙漠中生物抗旱的主要方式——减少水分蒸发不同。南极摇蚊会借助身体内与外界的蒸气压差异，让自己进入“保护性脱水状态”。研究者曾在实验室进行过测试，发现在最极端的情况下，南极摇蚊可以忍耐近70%的脱水，相比之下，人类失去体重2%的水后，认知能力就会受到损害了。

更重要的是，在极端脱水的情况下，血淋巴和细胞内液中“抗冻剂”的浓度会随之升高，这也能进一步降低熔点，避免结冰。整个脱水过程非常迅速，而当环境变暖，湿度增加，南极摇蚊幼虫又能迅速“复水”—— 幼虫可以忍受至少4个脱水-再水化周期，以适应自然的湿度波动。

对齐繁殖季

即使南极摇蚊可以保证自己不变成一坨冰块，但在这样恶劣的环境下，每一笔能量开支依然要精打细算——休眠就成为了一个很划算的选择。

对许多无脊椎动物来说，一般有两种类型的休眠。一种被称为静止期（quiescene），这个过程有点像蛇类的冬眠，主要由外部环境条件驱动。当外界环境足够恶劣，例如冷到一定程度，机体就会快速停止多余的生命活动，迅速进入静止状态，此时昆虫只需要少量的营养就能维持生命。等到春暖花开，机体又能迅速复苏，恢复活力。

而另一种休眠方式则没有这么“随便”，它被写在了生物的“原始代码”中，被称为滞育（diapause）。当幼虫发育到一定程度后，会主动停止发育，进入另一种休眠状态。此时，幼虫的细胞分裂几乎停滞，新陈代谢大幅减缓，直到迎来符合解除休眠的“程序条件”。一般来说，昆虫往往只会在滞育和静止期中采取一种策略，但最近一项发表于《科学·报告》（Scientific Reports）的研究发现，南极摇蚊会结合这两种手段，度过南极难捱的冬天。

南极摇蚊的生命大约有2年，其中大部分时间都是以幼虫的形式存在的。在第一年冬天，二龄幼虫就会进入静止期。静止期的优势在于灵活变通，一旦环境适宜，它们就能迅速复苏，抓紧一切机会发育长大。

然而到了第二年冬天，当南极摇蚊进入幼虫的最后一个阶段，应该准备化蛹成虫时，它们反而不急了。研究者发现，此时，南极摇蚊的幼虫会停止发育，转而进入滞育期。这个强制滞育阶段会随着冬天的低温开始而结束，此时幼虫才会慢慢开始化蛹，蜕变为成虫，并在第二年的夏天繁殖出下一代。