德国小蠊是如何征服世界的?

很多人打开厨房门或抽屉,发现一只或多只蟑螂时往往会心里发毛,甚至抓狂、尖叫,即便用尽全身之力想要踩死或打死它,却难以如愿,因为它跑得太快了。加上蟑螂的生存能力很强,在一个月没有食物、两周没有水的情况下仍能存活,繁殖力又极高,一对德国小蠊一年可繁殖10万只后代,人是无能为力消灭它的。所以,蟑螂就有了“打不死的小强”的绰号。
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美国休斯敦,一只德国蟑螂(德国小蠊)夜间在一片树叶上觅食。视觉中国|图
新加坡国立大学、西澳大利亚大学的研究人员在2024年5月20日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表的一项研究揭示,现实中最常见的蟑螂——德国小蠊(Blattella germanica)是通过人类的迁徙而从起源地南亚传播到欧洲和全世界的,其根据是基因组分析。
不过,这只是对蟑螂起源传播的一项最新研究。2018年,同样是这个研究团队的科学家,包括澳大利亚悉尼大学生命与环境科学学院的托马斯·布吉尼翁(Thomas Bourguignon)和新加坡国立大学的钱唐等人在英国的《分子生物学与演化》杂志上发表论文,报告了他们利用蟑螂的线粒体基因组来揭示蟑螂的起源和演化历史,从这两项研究可以基本了解蟑螂的演化史,以及与人类的关系。
1776年,著名博物学家卡尔·林奈在德国收集到一些蟑螂的标本,首次将其正式命名为德国蟑螂(德国小蠊)。但后来,生物学家很快意识到,它们可能不是起源于欧洲,因为当时欧洲没有类似的蟑螂。
其实,德国小蠊只是蟑螂的一种,从生物分类来看,蟑螂是指所有属于蜚蠊目(Blattodea)的昆虫,目前已发现有4100多种,其中有几十种会进入人类家居,被称为家栖蟑螂,蟑螂其他绝大部分是野生蟑螂,生活于野外、山涧和树林等。
家栖蟑螂最常见的有大小两类。大的有美洲蟑螂、澳洲蟑螂和短翅的斑蠊;小的蟑螂有体长约15毫米的德国小蠊、日本姬蠊和亚洲姬蠊等,热带地区的蟑螂一般比较巨大。而蟑螂的命名并非指原产地,而是命名者依据标本采集地来命名,如德国小蠊、美洲大蠊、日本大蠊等。
过去,研究人员是从称为微卫星的DNA片段来研究蟑螂的演化和历史。但是,这些微小的遗传物质并不足以解释不同种群的德国蟑螂是如何相互关联的。
现在,研究人员通过比较线粒体基因组发现,德国蟑螂与亚洲蟑螂小蠊的亲缘关系最为密切。不过,小蠊最初是在日本发现,后来传播到了欧洲和美国。这意味着,德国蟑螂是从亚洲到达欧美的。为此,研究人员绘制了来自每个人类居住大陆的17个国家的281个蟑螂样本的基因组相似图。通过关联模式分析,表明蟑螂通过两次跟随人类的迁徙转移到欧洲和其他国家,并在世界各国占据了主导地位。
最初,研究人员认为,德国蟑螂最早可能生活于非洲东北部的埃塞俄比亚,后来,新的证据表明,德国蟑螂起源于印度或缅甸。约2100年前,德国蟑螂适应了人类的食物,由此从阿萨希纳氏小蠊中分化出来。大约1200年前,它跟随人类向西迁移到中东,因为它们的迁徙与两个伊斯兰哈里发国——倭马亚和阿拔斯的贸易和战争扩张相吻合。这些昆虫是通过藏在面包篮子中搭便车穿越沙漠的。
大约在390年前,德国蟑螂开启了另一个传播路线。它们在继续向东扩展到东南亚的同时,恰逢荷兰和英国东印度公司进行殖民贸易。在大约一个世纪内,德国蟑螂乘坐贸易船只到了欧洲。而且,蒸汽船和改进住房的供暖及管道系统为蟑螂创造了喜欢的温暖潮湿的条件,因而使得它们能够迁徙并适应全球各处的环境。如今,德国蟑螂已经在地球的最北端出现于加拿大努纳武特地区的阿勒特,最南端则出现在阿根廷巴塔哥尼亚的南部。这也意味着,德国蟑螂是通过适应人类的生活方式征服世界的。
上述研究团队于2018年发表的另一篇研究报告则从更广泛的角度揭示了蟑螂的起源和演化。通过线粒体基因组全面的追溯,研究人员推算,2亿多年以前,蟑螂的祖先生活在超级古陆——盘古大陆上,后来随着大陆的分裂和漂移而分化出多个物种。再后来,大陆漂移导致了地理隔离,这对蟑螂的物种分化起到决定性作用,但部分地区也存在蟑螂跨洋迁徙的现象。
当时,研究人员从现有的数千个蟑螂物种中选择了119个,比较它们的线粒体基因组,分析结果显示,现有各种蟑螂最近的共同祖先生活在约2.35亿年前的三叠纪,当时盘古大陆尚未开始分裂,这一时间比迄今最早的化石证据要早9500万年。而且,蟑螂的几个主要分支的演化、分支之间的关系,都显示了板块运动导致地理隔离,因而影响到蟑螂不同亚种的特征。
另一方面,澳大利亚、印度尼西亚诸岛、非洲大陆和马达加斯加一带也存在物种跨洋传播的现象,这种跨洋传播对一些出现得较晚的蟑螂分支起了重要作用。
现在,研究人员新的研究表明,德国蟑螂是通过伴随人的迁徙转移到世界各地的,这也说明人类对“打不死的小强”征服世界负有重要责任。
但是,这两项研究的结果可能还需要其他重要的证据来佐证。一是蟑螂的化石研究与时间确定,如碳14确定年代,二是需要获得基因组数据与记录蟑螂到达不同地方的历史记录,如果两者吻合,则证明德国蟑螂随人类的迁徙而征服全球是可信的。研究人员也表示,将利用博物馆蟑螂标本的DNA来更好地研究小蠊的演化,从而获得更客观的结论。
今天,人类如何与蟑螂相处是一个比较棘手的问题。蟑螂已被证明携带大约40-50种致病细菌,如痢疾杆菌、致病大肠杆菌、鼠疫杆菌、肝炎病毒、肺炎病毒等。因此,被蟑螂污染的食物会使人患肠胃炎、食物中毒、痢疾、肝炎、肺炎、脊髓灰质炎、结核等。而且,家居的蟑螂的身体上带有大量的过敏原,约50%哮喘病患者对蟑螂过敏。
因此,蟑螂也被视为害虫。1960年代,美国南加州大学的研究人员发现,在南加州的卡梅丽塔斯国民住宅社区统一使用药物灭杀蟑螂后,几乎消灭了这个社区原本盛行的甲型肝炎。
但是,别说蟑螂打不死,就连药物也难以轻易杀死它们。因为在人类用化学药物杀灭它们之前,植物早就会分泌毒素杀灭害虫了。有上亿年演化史的蟑螂,自然会演化出拥有较强的抗药性能力。今天,中国各地长期使用广谱杀虫剂,如拟除虫菊酯类来灭杀蟑螂,使得德国蟑螂对该类药已经产生了抗药性,因此应该慎用此种杀虫剂。
对于这一点,此项研究的作者认为,了解蟑螂的起源和基因多样性也可以帮助人们找到解决蟑螂对杀虫剂耐药的方法。
尽管家栖蟑螂对人类有害,但是野生蟑螂在自然界中又扮演着益虫的角色,在自然食物链中蟑螂是分解净化者。大多数种类的蟑螂靠腐败的有机物维生,这些物质里含有大量氮元素,蟑螂食用这些有机物后,会透过粪便把含氮有机物排放到土壤中,再由植物利用。
蟑螂也有食用和药用价值,历史上东亚、东南亚等地居民有过食用蟑螂的纪录,而且,今天某些品种的蟑螂卵在澳洲、泰国、日本及美国都被认为是高蛋白食品,中国也用蟑螂做中药,用于治疗筋骨损伤、瘀血痛肿等病症。蟑螂还是生物医学的良好模型,尤其是研究神经传导机制需要蟑螂,很多研究已经在利用如何借由无线电子讯号,刺激蟑螂触须上的神经元,以控制蟑螂的行动,由此也能了解人类神经系统的工作原理。蟑螂比其他脊椎动物有较高的抗辐射性,辐射致命剂量比人类高出6至15倍不等,这也是人类可以借鉴的抗辐射的模型。
除了家栖蟑螂可能引发人类疾病而需要加以控制和毒杀外,对于其他大部分蟑螂需要与其共存,它们的存在反而有利于生态和人类。例如,如果蟑螂灭绝,将对地球的氮循环造成严重破坏。
张田勘
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