出品：科普中国

作者：苏澄宇（科普创作者）

监制：中国科普博览

在持续两个小时的钻孔后，一只寄生蜂穿透了2mm厚的聚苯乙烯培养皿，小心翼翼地在器皿壁外产下一颗半透明的、形如米粒的卵……

在培养皿外边产下的卵

（图片来源：参考文献[1]）

这是一个关于寄生蜂的实验，不过做实验的是一个13岁的俄罗斯少年。马特维·尼克尔斯帕格对寄生蜂非常着迷，因为它们的繁殖方式有点独特，它们没有自己的固定巢穴，而是将卵产在其他昆虫或植物体内，这也是其得名“寄生”蜂的原因。

旋小蜂：用产卵器在培养皿上打洞

为了研究寄生蜂的产卵方式，他在家里搭建了一个属于自己的实验室。从2017年开始，他就一直在萨拉托夫市附近的田间寻找、捕捉一种名为旋小蜂（Eupelmus messene）的寄生蜂。

他总共抓了56只雌性旋小蜂，其中18只放在了聚苯乙烯培养皿里饲养。除了定时给食物，培养皿里面啥都没有，空荡荡的。他将其余的旋小蜂放在了有植物茎叶的培养皿里饲养，以便将其做成虫瘿来寄生。

实验过程

（图片来源：参考文献[1]）

这里得说明一下，寄生蜂在正常情况下都会用植物组织或其他昆虫作为筑巢对象，用产卵器把自己的卵注射进里面，被寄生的部分会因为细胞加速分裂和异常分化，导致畸形瘤状物的产生，这就是虫瘿，也就是那些寄生蜂宝宝居住的巢穴。

寄生蜂产生虫瘿的过程

（图片来源：plos one）

不管怎么说，大部分植物的茎叶硬度是没有培养皿的硬度高的，寄生蜂可以轻而易举地刺穿茎叶来繁衍后代，这也是它们的基本能力。但很少有人想到寄生蜂居然可以刺穿较高硬度的培养皿。

那18只放在培养皿的旋小蜂，有5只并没有因为失去了合适的寄生对象而放弃产卵，反而用锐利的产卵器在塑料培养皿上打洞。它们的产卵器长度为2mm，直径为20μm，尖端还有着锯齿状的结构。

旋小蜂的产卵器位置

（图片来源：参考文献[1]）

旋小蜂的产卵器

（图片来源：参考文献[1]）

产卵器的尖端

（图片来源：参考文献[1]）

打洞的过程并不简单，根据尼克尔斯帕格的统计，平均下来，一只旋小蜂刺穿一个培养皿大约需要两个多小时。

他观察发现，旋小蜂钻刺培养皿的过程用了三种不同的动作，第一种是类似摇晃的推压动作，第二种是旋转，第三种是猛烈地突刺。

被刺穿的培养皿

（图片来源：参考文献[1]）

不过旋小蜂打洞也不是一直不停的，而是在此期间会喝水、吃东西，吃饱喝足后又找回原来的钻孔对象继续钻刺。

在培养皿留下的洞

（图片来源：参考文献[1]）

在完全钻透培养皿后，其底部会留有一个直径30μm的小洞，旋小蜂妈妈会小心翼翼地将卵放置到培养皿外边。尽管培养皿外边也没有养分可以给卵吸收。

在培养皿外边产下的卵

（图片来源：参考文献[1]）

尼克尔斯帕格还观察到了一个有趣的现象，那些生活在有虫瘿可寄生的旋小蜂里，有3只选择在塑料上打洞。明明有活物可以寄生，非要在毫无生机的聚苯乙烯上打洞，对于这个现象，尼克尔斯帕格也暂时没找到解释的办法。

2023年8月，年轻的尼克尔斯帕格在《膜翅目昆虫研究》杂志上发表了关于这项研究的论文，并且在俄罗斯萨拉托夫国立大学攻读学士学位。

除此之外，关于这个研究还有很多的疑问。比如，刺穿较高硬度的培养皿来产卵是一个牺牲的行为，这会不会损害到它的产卵器？其他种类的寄生蜂会不会也具有同样的穿刺能力呢？

不管怎么样，这个研究证明了旋小蜂产卵器的钻刺能力。如果能搞明白其中的原理机制，以后可以将其应用到其他穿刺类工具的发明之中。

那寄生蜂为什么可以刺穿培养皿呢？

马尾姬蜂：穿刺宿主的又一证明

关于寄生蜂穿刺宿主这件事，其他科学家也很感兴趣，只是其他科学家找的不是旋小蜂，而是一种马尾姬蜂（Ichneumon sargassum）。和前者不一样的地方是，它的产卵器更长，长度达到了40mm，是前者的20倍。

（图片来源：参考文献[2]）

因为产卵器足够长，所以马尾姬蜂的穿刺动作看起来也更夸张，它会把腹部高高翘起，然后狠狠地扎入植物组织内。不管从哪个角度看过去，马尾姬蜂的穿刺动作都比旋小蜂恐怖得多……

马尾姬蜂的穿刺动作

（图片来源：参考文献[2]）

如此细长的穿刺动作，看起来让人不禁担心，它的产卵器是不是随时会弯掉，甚至断掉。研究者正是从此角度进行试验，看它是怎么在穿刺过程中保持机械稳定的。

在这里涉及到了一个专业名词，叫作**“欧拉临界力”**。欧拉临界力是指细长杆在弹性范围内稳定的最大受压力，它与压杆的长度、截面形状、尺寸、材料、支撑情况有关。突破欧拉临界力会导致细长杆失稳，即产生塑性变形，无法恢复原状。

在对马尾姬蜂进行实验时，科学家发现，它的产卵器能够承受比欧拉临界力大10倍的应力而不会断掉。要知道，很多人类制成的细长穿刺工具都做不到这一点，而马尾姬蜂做到了。

那它的产卵器是如何做到能够承受如此大的应力呢？

科学家发现，马尾姬蜂的产卵器并不是简单的一根针，而是有着多重结构，可以交替地收缩和伸张，每次收缩都会形成一个提升张力，进而能承受更大的应力。

产卵器穿刺过程会弯曲但不会断掉

（图片来源：参考文献[2]）

简单来说，它的产卵器更像一个由多部分组成的柔性微针，因此可以在保持产卵器刚性的同时提高安全性，让其不会轻易断掉。

韦氏缩腹榕小蜂：金属锌+产卵器

光柔不够，还得够硬！

有人还对寄生蜂产卵器的最尖端部分进行了研究分析，发现虽然产卵器整体显柔性，但其尖端部位却异常的坚硬。

寄生蜂的穿刺动作

（图片来源：参考文献[3]）

2014年，科学家对韦氏缩腹榕小蜂进行了试验，用扫描电镜子和原子力显微镜对其产卵器进行观察，发现它的尖端富含锌。

电镜下富含锌的产卵器尖端

（图片来源：参考文献[3]）

有了金属的加成，寄生蜂的产卵器尖端硬度大大加强，再加上它的锯齿，刺穿无花果完全不是问题。

当然，我们有理由相信，前面介绍的旋小蜂之所以可以刺穿培养皿，有很大的可能是因为它的产卵器尖端也是金属的，产卵器中部也是柔性的。

结语

在日常生活中，蜜蜂的蜂针往往令人害怕，一个不小心就会被蛰得疼痛难忍。令人更意想不到的是，寄生蜂的“针头”居然还能刺穿高硬度的培养皿。尽管这些动物身上的针刺会给人类的皮肤造成伤害，但其运作原理也为我们看待自然生命体提供了新的视角。

参考文献：

[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.

来源: 中国科普博览

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