球金龜 張巍巍攝影

人類“內卷”，動物也“內卷”——個中高手甚至能把自己卷成一個“球球”。犰狳、穿山甲、刺猬、球馬陸、球鼠婦等，在遇到危險時都能迅速卷成緊密球體，保護腹部、四肢等脆弱的部位。

“這種行為甚至有一個專業名詞——成球行為（Conglobation）。”中國科學院動物研究所研究員白明告訴《中國科學報》。

近日，由中科院動物所牽頭，中意德三國科學家合作完成的一篇論文，發表在《通訊生物學》(Communications Biology)雜志上。這篇論文針對一種小小的昆蟲——球金龜，揭示了它們“成球”的秘密。

“球”與“非球”區別在哪？

在各種動物類群中，昆蟲的身體結構其實并不適于成球。

“因為它們的身體軀干只有頭胸腹三個體節，很難形成緊密的球形。大多數情況下，身體腹面、足等部位會不可避免地外露。”白明解釋道，他是這篇論文的共同通訊作者之一。

但有一些小家伙做到了。

球金龜是金龜總科、駝金龜科、球金龜亞科昆蟲的統稱，已知44屬448種，分布在泛熱帶區。這類昆蟲比較罕見，主要生活在白蟻巢、枯枝落葉層和朽木等隱秘生境中。

雖然都被稱為球金龜，但它們的身手差距還是比較大的。一些球金龜只能形成松散球形，或者完全不能成球，而另一些則能形成緊密球形。

“球”與“非球”的區別到底在哪里呢？

研究人員通過幾何形態學定量分析了全球74種球金龜的形態特征，發現在3種不同的成球類型（不能成球，松散球形、緊密球形）中，球金龜的頭、前胸背板、鞘翅和足等結構均有穩定差異。

進一步結合顯微CT和三維重建技術，研究人員首次發現，緊密型球金龜在體壁厚度上存在異速生長現象，也就是球外側（前胸背板和鞘翅）的體壁厚度顯著厚于內側體壁（胸部和腹部腹面），而它們的體壁厚度也與不能成球的金龜有顯著差異。

“我們推測，這可能是在能量有限情況下的一種權衡策略（trade-offs）。”論文第一作者、中科院動物所博士后路園園說，“當組成體壁的物質有限時，更多的材料被分配到球的外側，而被包裹在球內的體壁組成材料則相對較少”。

成球行為從何而來？

在此之前，球金龜的成球行為演化歷史并不清晰。僅有的一塊化石記錄表明，松散球形種類可能最早出現在新生代（約1500萬至2500萬年前）。

這一次，研究人員詳細調查了不同產地和地質時間的化石。幸運的是，他們在克欽琥珀和多米尼加琥珀中都發現了球金龜的存在，并且首次在中生代（約1億年前）記錄了松散球形的新屬種，以及新生代完整球形的新種。

這些發現不僅將球金龜成球行為的起源提前了約8000萬年，也是昆蟲中成球行為的最早記錄之一。

化石初步串聯起了球金龜的成球之路，為成球行為的演化揭開了冰川一角。

“我們的研究結果表明，成球行為在球金龜中是單次起源的，即從不成球到松散球形，然后到緊密球形的演化順序，其中也伴隨著在少量節點上的反轉。”路園園說。

與成球關系密切的身體結構包括頭、前胸背板和鞘翅，它們的演化過程并不相同。本文重要作者，中科院動物研究所鄒征廷研究員說:“中生代球金龜首先經歷了鞘翅的快速適應演化，為成球行為形成奠定了基礎，前胸背板緊隨其后，最后在新生代球金龜頭部的快速演化，為緊密球形的形成補上了關鍵的一環”。

為什么要變成球球？

看似簡單一卷的成球行為，背后卻有如此復雜的結構演變。動物為什么要演化出這樣的行為呢？

“科學家們推測，成球行為可能具有防御和生理功能，例如保水能力和溫度調節能力。”路園園說,“比如很多人熟悉的鼠婦，就缺乏陸生節肢動物應有的氣門系統，所以需要靠成球來減緩體內水分散失，從而適應登陸后的生活。”

而對球金龜而言，抵抗天敵襲擊也是非常重要的一個因素。研究人員選擇球金龜與另外兩種金龜——駝金龜和鰓金龜，開展了機械力學分析，發現在被天敵直接攻擊的特定場景下，卷曲成球的球金龜可以抵抗更大的咬合力而不變形，表現出更為“抗揍”的特性。

“這些球金龜的‘抗揍’特性，一方面得益于球形結構本身，另一方面也歸功于更厚的外側體壁，以及體壁本身較強的機械性能。”另一位論文共同通訊作者、中科院動物所研究員顧奇說。

有趣的是，球金龜中松散球形種類主要生活在枯枝落葉層，緊密球形主要生活在白蟻巢穴中，研究人員由此提出了“攻擊者壓力”假說——來自白蟻的威脅驅動了球金龜成球行為的復雜化。

人們還發現，驚擾到某些生活在樹冠上的球金龜時，它們會迅速成球從而掉落消失。“對那些生活在開放環境生活的球金龜來說，球形有助于其通過滾動快速逃脫。然而我們認為，這更可能是緊密球形個體在重新適應開放環境中，成球行為的二次適應性演化。”白明說。

論文DOI : 10.1038/s42003-022-03685-2