自然》雜誌刊登最新發現———

　　為什麼昆蟲會“例行公事”地一次中斷好幾分鐘的呼吸？這是一個困擾生物學者數十年的問題。最近，一項關於昆蟲呼吸系統的新研究將揭開謎底：昆蟲停止呼吸是為了避免因吸入過量氧氣而造成的損害。

　　這是一個同以往的理論完全不同的新角度。

　　UCI大學和德國洪堡大學的研究人員提出，蝗蟲、飛蛾、蝴蝶、某些類型的果蠅、甲蟲和臭蟲等昆蟲會週期性地關閉自身的呼吸系統，以達到避免吸入過量氧氣的目的，從而防止自己因為吸氧過多而使身體組織受到傷害。

　　蒂莫西布拉德利是UCI大學生態學和生物進化學的教授，斯蒂芬赫茲是德國洪堡大學生理學助理教授，他們二人在《自然》雜誌2005年第3期上發表了他們這項最新發現。

　　為了保護身體，昆蟲都會選擇間歇性的“停止呼吸”。

　　昆蟲呼吸系統的構造能夠適應自身在不同環境中活動的需要。比如，蝗蟲在飛行時身體處於最活躍的狀態。當蝗蟲在休息或者不那麼活躍的時候，如果它仍然保持著和飛行時一樣的氧吸入量，將會造成體內氧含量過剩，會引起氧化性損害的組織損害。因此，為了保護自己的身體，很多像蝗蟲這樣的昆蟲都會選擇間歇性的停止呼吸。

　　布拉德利説，為了使體內的氧含量濃度降低到一個生理學上的安全值，大多數昆蟲會停止呼吸，它們通過充分地減少體內氣體交換來達到這個目的。他的假設説明，昆蟲的呼吸模式會根據環境的不同而改變。

　　這項研究對於以往的理論是個極大挑戰。

　　以往存在兩種解釋昆蟲間隔性停止呼吸的説法。

　　一種説法是，這樣不連續的呼吸是為了減少水分的流失。

　　另一種説法是，當昆蟲處於地下時，間隔性停止呼吸可以幫助它們擺脫呼吸的副産品———二氧化碳。和在地下礦井裏工作的礦工一樣，處於地下的昆蟲也會面對高濃度的二氧化碳和極低的氧氣含量，為了尋求更好的空氣流通條件，它們不得不選擇間隔性的呼吸。如果説氧氣的實質是保證昆蟲體內的細胞産生能量，那麼昆蟲體內二氧化碳的移動則起到了非常重要的保護作用，可以使它們的身體組織免於受到有毒物質的侵害。

　　同樣道理，空氣中的氧氣濃度過高對人體是有毒害作用的。

　　研究這個問題，就不得不提到氧氣與生物體的關係問題。眾所週知，氧氣是生命之源。但是吸入的氧氣過量也會導致生物體死亡。身體組織暴露在活性很強的氧分子中，會使蛋白質、脂類和DNA受損，促使細胞死亡、加快衰老。

　　對於人類自身而言，我們的身體必須向組織提供氧氣，但是身體也必須保證其組織能夠避免過量氧氣導致的氧化性損傷。這種損傷和年齡的增長密切相關。或許正是因為這個原因，市場上才會出現眾多具有防氧化作用的化粧品，幫助人們對抗歲月的痕跡。空氣中的氧氣濃度過高對人體是有毒害作用的。

　　事實上，近十年來的觀察發現，果蠅在高氧含量的空氣環境中生存，其壽命也會縮短。由此看來，和人類用化粧品對自己進行保護一樣，昆蟲停止呼吸實際上也是一種自我保護。

　　如果將這項研究應用於實際，對於蟲害地區來説會是一個很好的消息。

　　布拉德利和赫茲接下來的工作是研究一個更加全面的昆蟲呼吸模式。他們計劃把現有的模式發展成為可以解釋所有種類的昆蟲呼吸行為的模式。他們還將繼續研究那些在已知呼吸模式之外的昆蟲，比如沙漠甲蟲。儘管我們已經知道昆蟲對身體外部和內部的氧濃度有著準確的判斷和適當的調節，但是我們並不了解這一切究竟是如何發生的，昆蟲體內都有哪些組織和細胞參與到這個過程中。

　　世界上有很多國家和地區飽受蟲害之苦，農業、林業等産業造成了很大的損失。如果具備了更多關於昆蟲呼吸的知識，我們會更加清楚地知道何時使用殺蟲劑能起到最佳效果，這將能有效地避免蟲害造成的損失。

　　實驗室

　　昆蟲通過身體兩側的通氣孔獲得氧氣

　　在實驗中，研究人員把數根製造精細的管子插入蛾蟲的通氣孔，這不僅能測量出蛾蟲釋放的二氧化碳的量，還可以獲得其氣管中氧濃度的數據。這些管子直接把空氣傳送給體內細胞，以實現氣體交換。利用一個呼吸運動計(一種在配備了空氣流通系統的房間中測量呼吸運動的器械)，研究人員觀測了蛾蟲的呼吸過程。在放置蛾蟲的房間中，他們首先注入含有豐富二氧化碳的空氣，然後測量出蛾蟲自身排出二氧化碳的時間和數量。

　　布拉德利解釋説，昆蟲在自身呼吸系統中保持4到5千帕的氧濃度，比正常的大氣氧濃度低4到5倍。這個現象是很有代表性的。在一個氧濃度正常的環境中，昆蟲保持一段時間的呼吸，然後會像爆發一般的突然釋放二氧化碳。在這之後，它會關閉自己的呼吸系統，避免吸入更多的氧氣，使體內氧氣含量維持在4到5千帕，這樣的氧含量對於昆蟲身體是有利的。在外界氧濃度較低的情況下，昆蟲會長時間打開呼吸系統，而它關閉呼吸系統的時間是很短的。在與此相反的情況下，也就是在氧濃度較高的空氣流動中，昆蟲的呼吸系統會暫時開放，然後緊緊地關閉，並將持續很長一段時間。換句話説，昆蟲進行氧氣交換的活動十分活躍，並且它們的方式很特殊，就好像它們懂得測量周圍空氣中的氧濃度一樣。布拉德利説，昆蟲的行為説明它們的身體會自行調節內部的氧含量。

責編：肖闊