為什么“小強”又雙叒叕進化了？！

蟑螂，屬于蜚蠊目下的一大類昆蟲（大約4600種，其中大約30種是我們熟悉的蟑螂），不過它的另一個名字可能更加廣為人知：“小強”。

這只是星爺電影里的一個梗，真實世界里的“小強”可沒那么容易死，畢竟它們的“強”人盡皆知：

• 蟑螂極度耐寒耐高溫，上到天寒地凍的北極，下到炎熱難耐的熱帶都能生存；

• 它的足跡走遍天下，基本只要是有人生活的地方都有它的身影；

• 有的蟑螂可以一個月不吃不喝；

• 蟑螂還擁有遠高于人類的抗輻射能力；

• ……

甚至有人預(yù)言如果人類滅絕，地球?qū)⒈惑胝碱I(lǐng) | 圖源：bob al-greene / mashable

這些“小強”外形不太討喜，甚至讓人惡心、不舒服，同時也會攜帶各種病原微生物。為了讓它們遠離自己的生活，人類與它們的戰(zhàn)斗持續(xù)了上千年。

隨著化學(xué)研究的發(fā)展，以及對“小強”們的進一步了解，1950年前后，各種化學(xué)藥劑開始被用于“小強”的防治。

但當時的人類可能沒想到，這反而激發(fā)了“小強”們的“進化潛能”。我們不妨以研究較多（適應(yīng)能力也賊強）的德國蟑螂（Blattella germanica）為例，來看看這幾十年，殺蟲劑在蟑螂身上發(fā)生了什么。

一場和“小強”們70年的持久戰(zhàn)

這個故事的開端，要追溯到17世紀的海上貿(mào)易。

東南亞的婆羅洲島是當時香料的重要產(chǎn)地，一袋袋的胡椒被裝上帆船運往馬六甲，再運往歐洲。同時被帶上的，還有一些“不小心”誤入的蟑螂。

17世紀主要的香料貿(mào)易路線

| 圖源：Mawar Masri, et al. 2016.

雖然海上貿(mào)易長達數(shù)十天，但是長期生活在洞穴里的蟑螂們，早就演化出了不吃不喝也能好好活著的本事，因此順利經(jīng)由印度，穿越紅海，抵達歐洲大陸。18世紀，德國的博物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這種蟑螂的身影，所以人們開始叫它們——德國蟑螂。

這些適應(yīng)能力極強的“小強”們在人類城市中發(fā)現(xiàn)了自己熟悉的環(huán)境——潮濕陰暗的廁所、廚房，或者下水管道，這不就和老家婆羅洲的洞穴一樣嘛！

很快，這些來自東南亞的“小強”就遍布了歐洲，并隨著對美洲大陸的探索和發(fā)展，傳到了美國，從此一發(fā)不可收拾。到了19、20世紀，它們已經(jīng)是美國家庭隨處可見的“害蟲”了。

這時候，為了應(yīng)對它們，化學(xué)家們研究出了殺蟲劑。

1945年，美國大量使用臭名昭著的DDT滅蟲，最初效果的確不錯。但經(jīng)過一段時間的適應(yīng)，“小強”表示這個問題也不算什么大問題——沒過幾年人們就發(fā)現(xiàn)DDT對“小強”沒用了。此后1953年的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生抗性的德國蟑螂需要普通蟑螂300倍濃度的DDT才能殺死。更麻煩的是，DTT不僅沒那么好用了，其累積效應(yīng)還會反噬、危害到環(huán)境和人類自身。

DDT發(fā)明者Paul Müller在1948年獲得諾獎，但是估計也正是那個時候，蟑螂們已經(jīng)出現(xiàn)了抗性的進化

| 圖源：Wikipedia

不久以后，DDT的替代品出現(xiàn)了——氯丹（chlordane）殺蟲劑在1948年開始推廣使用。同樣很快，三四年之后，大家就發(fā)現(xiàn)這個殺蟲劑又沒用了，需要用幾十倍濃度的殺蟲劑才能殺死帶有抗性的“小強”。

后面就是一連串的殺蟲劑推陳出新，和頑強“小強”的快速進化：二嗪農(nóng)（diazinon）、馬拉硫磷（malathion）、氨基甲酸酯（carbamates）、擬除蟲菊酯（pyrethroids）……情況很類似，這些殺蟲劑都是推出沒幾年，德國蟑螂就快速適應(yīng)，產(chǎn)生抗性了。

這場你來我往的較量持續(xù)了數(shù)十年。即便是殺滅效果最好的阿維菌素，蟑螂也只需要一年就能夠產(chǎn)生抗性；甚至有研究發(fā)現(xiàn)，即使是同時用好幾種殺蟲劑也對德國蟑螂束手無策——殺蟲劑根本不可能殺滅這些頑強的家伙。

“小強”們的潛能是怎么被激發(fā)的？

為什么這些“小強”就是打不死呢？也許換個角度來看待這個問題，就能得到答案。畢竟這種讓大家焦頭爛額的現(xiàn)象，在進化學(xué)家眼中其實是非常稀松平常的基本操作。

其實每只蟑螂的基因都不一樣，它們對各種殺蟲劑的耐受程度也有所不同，有強有弱。如果某種殺蟲劑開始被使用，耐受能力弱的蟑螂被殺死，而抗性強的蟑螂就會活下來，并進入繁殖季——只需要短短幾代，這個群體里的蟑螂就都對這種殺蟲劑產(chǎn)生了抗性。這其實就是自然選擇，不，是“人類選擇”的結(jié)果。

而每一次殺蟲劑的大量使用，就意味著一次“人類選擇”的開始——抗性越來越強的蟑螂被選擇了出來。

實際上，很多殺蟲劑對害蟲的效果是類似的——不僅沒有消滅害蟲，反而助長了它們的“進化” | 圖源：Silvie Huijben, FutureLearn

當然，并不是什么昆蟲都能這么被選擇——各種殺蟲劑的發(fā)明在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上對很多害蟲都曾發(fā)揮巨大的效用，只是單單搞不定這些打不死的德國蟑螂。

一方面，不到兩個月時間，德國蟑螂就可以從蟲卵發(fā)育成性成熟的成蟲——換句話說，沒任何限制的話，這些蟑螂兩個月就能翻一倍，一年就是64倍。巨大的群體數(shù)量可以產(chǎn)生更豐富的基因多樣性，那么應(yīng)對不同殺蟲劑的可能也就更多，同時快速的繁殖也讓殺蟲劑作用之后的它們可以快速“卷土重來”。

另一方面，基因組檢測發(fā)現(xiàn)德國蟑螂有兩個有趣的特點——一是他們的“嗅覺”很強，豐富的感受器讓它們比其他昆蟲能識別更多的物質(zhì)，可能能分辨出更多有毒物質(zhì)；二是他們的“消化能力”很強，豐富的蛋白酶讓不同的物質(zhì)都能被代謝消化，包括不少的殺蟲劑。

進化樹展示了不同昆蟲的離子通道受體（IR）的數(shù)量，其中德國蟑螂（Bger）的IR數(shù)量顯著多于其他昆蟲| 圖源：Harrison M C, et al. 2018.

這樣的敵人，光靠殺蟲劑是不夠的了。

為了抵抗殺蟲劑，“小強”連交配方式都變了

因為發(fā)現(xiàn)很多殺蟲劑蟑螂都不吃，在上世紀80年代，人類又想出一招——蟑螂好像都愛吃糖，那給殺蟲劑加點糖他們就會吃了吧！

結(jié)果確實很有效，畢竟誰能抗拒甜食呢？但是德國蟑螂格外愛甜食的特點，是天性決定的——當雄蟑螂和雌蟑螂要交配時，雄蟑螂會分泌麥芽糖來吸引雌性。換句話說，沒有糖吃的話，蟑螂就不會交配了！

在交配前，雄性蟑螂（左）會抬起它的翅膀，向雌性蟑螂（右）獻上它“甜蜜的禮物”，當雌性嘗完覺得不錯，就會開始進行交配 | 圖源：Wada-Katsumata A, et al. 2023.

這顯然是一招非常有針對性的妙招，但還是沒幾年，這招對德國蟑螂就沒啥用了。

開始大家還以為會和之前一樣，蟑螂對這類殺蟲劑有了抗性。結(jié)果1993年，研究者震驚地發(fā)現(xiàn)，不是蟑螂有了抗性，而它們?yōu)榱松妫M化出了“厭糖癥”——它們會避免去吃葡萄糖。

要知道，葡萄糖可是世界上最容易被吸收消化的營養(yǎng)物質(zhì)之一。為了實現(xiàn)這個目的，蟑螂神經(jīng)元上針對對葡萄糖的甜味感受器被苦味感受器替換了——換句話說，蟑螂吃到葡萄糖會覺得很苦不好吃，于是就避開了對殺蟲劑的食用。

更離奇的是，研究者發(fā)現(xiàn)那些有“厭糖癥”的雌蟑螂會開始拒絕交配——為此雄蟑螂也不甘示弱，在這場“人類選擇“下，它們把自己的“甜蜜禮物”也換掉了：不再分泌麥芽糖而是分泌麥芽三糖，這既和殺蟲劑里的糖不一樣，也是雌蟑螂能吃出來的甜味，也就重新討到了雌蟑螂的“歡心”。

這場比拼與其說是人類與蟑螂的斗爭，不如說是人類與自然界進化的戰(zhàn)斗。

人類的操作早就改變了演化的過程

實際上這也不是人類第一次這樣干了，比如不少人可能聽過的“超級細菌”原理也是如此：抗生素的濫用，有時候不僅沒起到治療的效果（因為很多病毒性感染的患者也會使用抗生素），反而產(chǎn)生了各種各樣的“人類選擇”，將那些沒有抗性的細菌殺除。

經(jīng)過這番洗禮留下來的，自然就是耐藥性極強的“超級細菌”了。

又比如捕魚的拖網(wǎng)，就是一個更加形象的“人類選擇篩子”。拖網(wǎng)滑過海底，能把大量體型巨大的魚類帶走，而小魚則會從網(wǎng)眼溜走——這就導(dǎo)致越小的魚類生存能力更強，被人類選擇了出來，所以這種一網(wǎng)打盡的捕魚方式的漁獲就會越來越少。

而如果拖網(wǎng)網(wǎng)眼越做越小，就只會導(dǎo)致魚也越來越小，直到這些魚類體積的極限——它們也就走向了滅亡。

拖網(wǎng)捕魚示意圖 | 圖源網(wǎng)絡(luò)

類似的例子其實數(shù)不勝數(shù)，我們無法評價這樣的結(jié)果對自然世界是好是壞，但是對于人類自身來說，最終往往都會導(dǎo)致一種負面的結(jié)果。

難道面對這些“人類選擇“帶來的后果，我們一點辦法也沒有嗎？

其實當我們理解了選擇的過程，自然也就有了對策。

像是殺蟲劑、抗生素這些直接殺死蟑螂、細菌的方法，是一種作用極強的，非生即死的選擇。那假如可以不直接殺死它們，而是利用特定的方法讓它們失去危害，或者無法繁殖，是不是就能解決呢？

這方面目前進展最讓人期待的，是針對滅蚊的轉(zhuǎn)基因方法：通過轉(zhuǎn)基因或者病毒的感染，讓雌蚊子失去生育能力，來達到滅蚊的效果。目前來看，這一套方法是成果顯著的。

通過公蚊子傳播不孕病毒，讓雌蚊子失去生殖能力，是目前最有希望徹底滅蚊的方法

| 圖源：James S, et al. 2018.

但是，進化的作用無處不在，也充滿了未知，你永遠不知道它下一步會出一張什么樣的牌。

正如《科學(xué)》雜志報道中，進化生物學(xué)家Allen Moore說的那樣：

“

“Evolution ‘discovers’ solutions even when we think we might have won.”

每當我們以為自己贏了的時候，進化總會“發(fā)現(xiàn)”新的解決方法。

”

參考資料

• The German Cockroach: A History. https://pctonline.com/news/the-german-cockroach-a-history-robinson/

• Cochran D G, Grayson J M, Lsvitan M. Chromosomal and Cytoplasmic Factors in Transmission of DDT Resistance in the German Cockroach[J]. Journal of Economic Entomology, 1953, 45(6).

• Keller J C, Clark P H, Lofgren C S. Susceptibility of insecticide-resistant cockroaches to Pyrethrins[J]. Pest Control, 1956, 24(11).

• Harrison M C, Jongepier E, Robertson H M, et al. Hemimetabolous genomes reveal molecular basis of termite eusociality[J]. Nature ecology & evolution, 2018, 2(3): 557-566.

• Li S, Zhu S, Jia Q, et al. The genomic and functional landscapes of developmental plasticity in the American cockroach[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 1008.

• Wada-Katsumata A, Silverman J, Schal C. Changes in taste neurons support the emergence of an adaptive behavior in cockroaches[J]. Science, 2013, 340(6135): 972-975.

• Wada-Katsumata A, Hatano E, Schal C. Gustatory polymorphism mediates a new adaptive courtship strategy[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2023, 290(1995): 20222337.

• Baltazar‐Soares M, Brans K I, Eizaguirre C. Human‐induced evolution: Signatures, processes and mechanisms underneath anthropogenic footprints on natural systems[J]. Evolutionary Applications, 2021, 14(10): 2335-2341.

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