蝗蟲在適應(yīng)重力變化的條件下所需的時(shí)間令人震驚地少。

科學(xué)家們把群昆蟲放在一個(gè)模擬額外重力的裝置中，觀察到它們的外骨骼和腿在短短幾周內(nèi)變得更強(qiáng)壯。不過(guò)，只有在一定的程度上，如果施加太多的額外壓力，蝗蟲就會(huì)變得虛弱，并且隨著模擬重力的增加，死亡的數(shù)量也會(huì)增加。

盡管如此，這項(xiàng)研究顯示了昆蟲的外骨骼如何適應(yīng)不同的條件，并提供了我們可能用于開發(fā)生物材料的信息。

我們知道，當(dāng)我們改變重力時(shí)，一個(gè)物理系統(tǒng)會(huì)發(fā)生變化。在國(guó)際空間站的微重力環(huán)境中，哺乳動(dòng)物會(huì)失去骨骼和肌肉的密度。

植物對(duì)重力的變化，無(wú)論是強(qiáng)還是弱，都會(huì)做出反應(yīng)。但是地球上的大多數(shù)動(dòng)物(大約80%)都有一層角質(zhì)的外骨骼。這些是水生和陸生的節(jié)肢動(dòng)物，它們的硬殼如何對(duì)高重力的機(jī)械應(yīng)力作出反應(yīng)，根據(jù)不來(lái)梅應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的生物學(xué)家Karen Stamm和Jan-Henning Dirks，這是一個(gè)令人驚訝的未被探索的領(lǐng)域。

所以，他們著手彌補(bǔ)我們知識(shí)中的這個(gè)空白，用一個(gè)專門為研究高重力下的昆蟲而設(shè)計(jì)的裝置。那個(gè)裝置是一個(gè)定制的離心機(jī)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力作用于放在其中的任何東西，施加額外的壓力，這與重力的效果不相上下。研究人員能夠微調(diào)他們的離心機(jī)，以產(chǎn)生特定的重力條件。在海平面上，地球重力的正常加速度被表示為1g。研究人員能夠?qū)⑦@個(gè)數(shù)值乘以8。

下一步是看看這會(huì)對(duì)昆蟲產(chǎn)生什么影響。

研究人員獲得了幾乎成年的蝗蟲，它們屬于Locusta migratoria這個(gè)物種，并在它們最后一次蛻皮后將它們放入離心機(jī)中，當(dāng)它們脫掉一個(gè)外骨骼，出現(xiàn)它們閃亮的新的軟的成年外骨骼，隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)發(fā)展和硬化。

每組蝗蟲在離心機(jī)中呆了兩周，它們的外骨骼變硬。有三組，分別是3g、5g和8g，以及一個(gè)1g的對(duì)照組，研究人員可以用它來(lái)比較他們的超重力蝗蟲。

離心機(jī)是連續(xù)的，它每3天只停一次，每次最多15分鐘，用于照料的目的。

蝗蟲死亡的速度是相當(dāng)有趣的。對(duì)于1g的對(duì)照組，存活率是76%。這個(gè)比率對(duì)于3g的組有所上升：81%的蝗蟲活了下來(lái)。但是，隨后存活率急劇下降：只有51%的5g組在兩周內(nèi)存活下來(lái)，而8g組中只有7%的蝗蟲活了下來(lái)。

昆蟲的外骨骼的厚度和腿的強(qiáng)度似乎與這一趨勢(shì)相當(dāng)吻合。在3g的情況下，昆蟲的腿比1g的情況下更強(qiáng)壯。但是在5g和8g的情況下，角質(zhì)的厚度減少了。此外，8g的蝗蟲失去了體重。聽起來(lái)對(duì)它們來(lái)說(shuō)一點(diǎn)也不好玩。

但是，這些結(jié)果首次顯示了昆蟲如何能夠在它們的發(fā)育過(guò)程中適應(yīng)和改變自己的身體，以應(yīng)對(duì)更高的機(jī)械負(fù)荷。這對(duì)于生物材料的開發(fā)有著重要的意義，但也對(duì)我們理解生命本身的演化，以及它所有的輝煌形式，有著重要的意義。

“我們的結(jié)果確實(shí)顯示，受到超重力影響的蝗蟲似乎能夠在它們的本體發(fā)生中沉積具有不同機(jī)械性能的角質(zhì)，”研究人員寫道。

這表明，一種生物材料適應(yīng)機(jī)械負(fù)荷的能力，以前只在內(nèi)骨骼和高等植物中發(fā)現(xiàn)，顯然也存在于昆蟲，甚至可能所有的節(jié)肢動(dòng)物中。這種能力因此可能是幾乎所有骨骼形式的一個(gè)基本概念，并且考慮到外骨骼和內(nèi)骨骼以及植物的多樣化進(jìn)化途徑，可能是所有承受負(fù)荷的骨骼生物材料的一個(gè)廣泛分布的趨同進(jìn)化特征。