chapter 1
小生灵，妙设计

昆虫的解剖结构

那么，这些与我们生活在同一个星球上的小生灵，它们又是如何“组装”起来的呢？本章是昆虫结构学的速成课。这一章同样说明了，不管体形多么娇小，昆虫都是能数数、教导以及识别出彼此和我们人类的。

六足，四翅，二触角

到底什么才算昆虫？如果你对此有任何疑问，一条很好的经验法则就是从数腿开始。因为大多数昆虫都有六条腿，全都长在它们身体的中段。

下一步是查看这只虫子有没有翅。它们同样长在中段。大多数昆虫拥有两对翅：前翅和后翅。

现在，你已经间接地抓住了昆虫的一项关键特征：它们的身体是分成三部分的。作为节肢动物门众多代表中的一员，昆虫由许多体节构成。就昆虫而言，这些体节融合为三个十分清晰、分界明显的区段：头、胸和腹。许多昆虫的旧体节仍然作为凹缝或者痕迹出现在身体表面，仿佛有人用锋利的器具把它们切开了一样——事实上，这就是这个纲的名字的由来：“insect”源于拉丁语动词“insecare”，意思是切入。

前面的部分——头部，和我们自己的不无相似之处：它既有嘴，又有最重要的感觉器官——眼睛和触角。昆虫绝不会有多于两根触角，而它们的眼睛却在数量和类型上大有不同。要知道，昆虫的眼睛不一定只长在头上。有一种凤蝶的眼睛长在阳茎上！这能够帮助雄性在交配时处于正确的位置。而这种凤蝶的雌虫的屁股后面也长着眼睛，用来检查自己是否把卵产在了正确的位置。

如果说头部是昆虫的感觉中枢，那么中间部分——胸部——就是运动中枢。这个区段由驱动翅和足所需的肌肉主宰。值得注意的是，与其他所有能够飞行或者滑翔的生物——鸟、蝙蝠、鼯鼠、飞鱼——不同，昆虫的翅不是特化^[1]的胳膊或腿，而是独立的动力装置，作为足的功能的补充。

腹部通常是最肥硕的一段，它负责繁殖，同时还包含着昆虫大部分的消化系统。代谢废物由身体后端排出——通常如此。微小的瘿蜂（gall wasp）幼虫的整个幼虫阶段都是在植物围绕它们所构建的全封闭结构中生活的，因此受到了极为细致的呵护。它们知道污染自己的巢穴是不对的，但由于被困在一个没有厕所的单间公寓里，那就别无选择，只能憋着。只有到幼虫阶段结束的那一刻，肠道和肠道的开口才被连接在一起（见第七章）。

生活在无脊椎动物的世界里

昆虫是无脊椎动物——换言之，就是没有脊椎、骨架或者骨骼的动物。事实上，它们的骨骼长在外面：一副轻而坚硬的外骨骼保护着柔软的内部，使之免受撞击等外部压力。其身体最外层包裹在一层蜡质当中，提供的保护可以对抗每只昆虫最大的恐惧：脱水。尽管体形很小，昆虫的表面积比起自己微小的体积来说却很大——这意味着它们因蒸发而失去宝贵水分子的危险性很高，那会让它们像鱼干一样死去，而蜡质层是保住每个水分子的关键。

构成骨骼的物质也能保护昆虫的翅和足。它们的足由强壮有力的中空管组成，有许多关节帮助它们跑、跳以及进行其他有意思的活动。

但是骨骼长在外面也有几个缺点。如果像这样被关住，你该怎样成长和扩展呢？想象面团被困在一副中世纪的铠甲里，扩张，膨胀，直到无处可去。但是昆虫有一个解决办法：在旧铠甲下面，长出一副新铠甲，新铠甲最开始是很柔软的。僵硬的旧铠甲裂开，昆虫就像我们抖落一件旧衬衫一样，悠闲地从自己的旧外皮中跳出来。现在，昆虫的关键任务是让自己真正地膨胀起来，让这副柔软的新铠甲在变干变硬之前尽量增大。因为新的外骨骼一旦完成了硬化，昆虫的成长潜力就变不了了，只能等到下一次蜕皮才能为新的机会铺平道路。

如果你觉得这听起来挺累人的，也许你听到漫长的蜕皮过程只出现在昆虫生命的早期阶段（也有少数例外）会感到欣慰。

变形的时刻

昆虫有两种变形方式：一种是经过一系列的蜕皮过程逐渐变化，另一种是在从幼虫到成虫的发育过程中突然发生变化。这两种变形叫作变态发育。

第一种类型，如蜻蜓、蝗虫、蟑螂和蝽类，在生长过程中逐渐改变外形。这有点像我们人类，区别在于我们不必为了茁壮成长而蜕掉整个皮肤。这些昆虫的童年阶段被称为若虫期。若虫成长，蜕掉几次外骨骼（具体蜕多少次因物种而异，但通常是三到八次），变得越来越像成虫的外形。接着，若虫终于进行了最后一次蜕皮，它们从用旧了的幼期外皮中爬出来，装配上了运转正常的翅和性器官：看！它变成成虫啦！

其他的昆虫会进行完全变态发育——从幼年到成年的一次魔幻般的外形变化。在人类世界，我们必须把目光转向童话故事和奇幻文学，才能找到这种外形变化的例子，比如青蛙被亲吻后变成王子，或者J.K.罗琳笔下的米勒娃·麦格教授变成一只猫。但对昆虫来说，亲吻和咒语可不是这种变化的原因：变态发育是由激素推动的，标志着从幼虫到成虫的转变。首先，卵孵化成一只与它最终将变成的生物毫无相似之处的幼虫。这只幼虫常常看起来像一只苍白黯淡的长方形口袋，一端长着嘴，另一端长着肛门（不过还是有些值得称道的例外者，包括很多蝴蝶）。幼虫会蜕几次皮，每次蜕皮之后都长得更大，但除此之外，看起来几乎没有什么变化。

见证奇迹的时刻是蛹期——一个静息的时期，昆虫在此时经历着从默默无闻的“袋状生物”到复杂得不可思议、精致到无与伦比的成年个体的奇迹般的变化。在蛹壳内，整个昆虫都在重建，就像一个乐高模型，它的积木块被拆解开，然后重新拼装成一种完全不同的形状。最后，蛹会裂开，里面爬出“一只美丽的蝴蝶”——就像我从小到大都爱读的一本童书《好饿的毛毛虫》（The Very Hungry Caterpillar）里形容的那样。完全变态是明智的，而且毫无疑问是最成功的变形。这个星球上大多数——高达85%——的昆虫物种采用的是这种完全变态的发育方式，其中包括占主宰地位的昆虫类群，比如甲虫、蜂类、蝴蝶和蛾子、蝇类和蚊子。

这种发育方式最妙不可言的一点是昆虫的幼体和成体能够利用两种截然不同的食谱和生境^[2]，在生命的各个阶段专注于自己的核心使命。不会飞的幼虫专注于储存能量，可以说是个进食机器。而在蛹期，所有积累下来的能量都被分解，重新组合成一个全新的生命体：一个致力于繁殖的飞行生物。

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昆虫幼虫与成虫之间的关联在古埃及时代就已经为人所知，但人们并不理解发生了什么。有人认为幼虫是一个走失的胎儿，最终恢复了理智，爬回了它的卵里——以蛹的形式——为了最后的诞生。其他人则宣称这是两个完全不同的个体，第一个死了，以一种新形态复活。

直到17世纪，荷兰生物学家扬·斯瓦默丹（Jan Swammerdam）依靠新发明——显微镜，证明了幼虫和成虫从始至终都是同一个个体。如果幼虫或者蛹被仔细地切开放到显微境下，人们可以清楚地在其表面之下辨认出一些成虫所拥有的部件。斯瓦默丹乐于在观众面前展示自己使用显微镜和解剖刀的技艺，经常给人演示自己是如何做到将一只硕大蚕蛾幼虫的皮剥掉，露出下面翅的结构，就连翅膀上标志性的翅脉纹路都完完整整。即便如此，这一点也得到很久很久以后才成为常识。查尔斯·达尔文在他的日记里记载过，在19世纪30年代，一位德国科学家还因为能够将幼虫变成蝴蝶而在智利被指控为邪教异端。即使是现在，专家们仍在继续讨论变态发育过程的准确细节。幸运的是，世界上仍然留有一些谜团。

用吸管呼吸

昆虫没有肺，不会像我们这样用嘴呼吸，而是用身体两侧的孔来呼吸。这些孔像吸管一样，从昆虫的身体表面延伸到内部，一路分叉。空气填满这些管道，氧气经由吸管进入身体的细胞。这意味着昆虫不需要用血液来把氧气输送到身体的各个角落。然而，它们仍然需要某种血液——叫作血淋巴——来将营养和激素运输到细胞里，并为细胞清除废物。既然昆虫的血液不输送氧气，那么昆虫就不需要那些让我们哺乳动物的血呈现红色的含铁物质了。因此，昆虫的血是无色、黄色或绿色的。这就是为什么在炎热无风的夏日午后开车时，你汽车的挡风玻璃看起来不会像一本糟糕的犯罪小说里的场景那样布满红色“血迹”，而是覆盖着黄绿色的斑斑点点。

昆虫甚至没有静脉和动脉，相反，昆虫的血液在身体的器官之间自由流动，向下流入足，向外流入翅。为了保证血液循环，某种心脏之类的东西是存在的：背部的一条长长的肌肉管道，其前端和侧面有开口。肌肉的收缩将血液从后向前挤压，送往头部和脑。

昆虫的感官印象是在脑中进行处理的。对它们来说，如果要寻找食物、躲避天敌、搜寻配偶，那么从周围接收气味、声音和视觉形式的信号是极为重要的。尽管昆虫与我们人类有着相同的基本感官——它们能感觉光、声音和气味，还能品尝味道和触摸——它们的大多数感觉器官却是以一种完全不同的方式构建的。让我们来看看昆虫的感官器件吧。

昆虫的芳香语言

对很多昆虫来说，嗅觉是很重要的，但与我们不同的是，它们没有鼻子，因而是用触角嗅出大部分气味的。有些昆虫，包括特定种类的雄性蛾子，拥有大型羽毛状触角，能够捕捉到几公里外的雌性的气味，即使浓度极低。

昆虫通过气味进行交流的方式有很多。气味分子使得它们可以向彼此发送各种各样的信息，从“寂寞女子诚邀帅气小伙共度良宵”这样的征婚广告，到蚂蚁餐厅的推荐：“沿着这条气味小路走下去，就能在厨房台面上找到一摊美味的果酱。”

举个例子，云杉八齿小蠹（spruce bark beetle）就不需要Snapchat^[3]或者Messenger^[4]来相互告知派对在哪儿举办。发现一棵生病的云杉树时，它们就用气味这种语言通知大家这件事。这使得它们能够聚集足够多的甲虫，来制伏一棵病恹恹的活树——它在生命最后的日子里将成为成千上万只甲虫宝宝的幼儿园。

我们会忽略大多数的昆虫气味，因为我们根本闻不到。但当你在夏末的一天，漫步于挪威南部滕斯贝格（Tnsberg）城镇那些古树的树荫下时，可能会有幸闻到极为悦人的桃子芳香：那是隐士臭斑金龟（hermit beetle）——欧洲最大也最稀有的甲虫之一——在邻近的一棵树上向女朋友求爱呢。它所使用的那种令人愉悦的物质有一个毫不浪漫的名字——γ-癸内酯，我们人类在实验室中生产它，将其用于化妆品，或为食品、饮料增加香气。

这种气味对于笨重、行动迟缓、很少飞行，或者就算飞也飞不远的隐士臭斑金龟非常有用。它生活在中空的古树里，幼虫在那里啃食着朽木的碎屑，是个真正的御宅族：瑞典的一项研究表明，多数隐士臭斑金龟的成虫仍然生活在自己出生的那棵树里。对旅行缺乏兴趣让寻找新的空心树并迁入其中这件事变得很复杂，而如今，在集中开垦的森林和耕地中，中空的老树很不常见这一事实也让情况难以好转。其结果是，这个零散分布在整个西欧，从瑞典南部到西班牙北部（但是不包括不列颠诸岛）的物种正在其分布范围内衰减，这引发了很多欧洲国家对其进行保护。在挪威，它被视为极度濒危物种，只能在一个地方找到：滕斯贝格的一个老教堂庭院里。或者准确点说，是两个地方，因为最近，为了确保这个物种能够存活下去，有些个体被搬到了附近的一小片橡树林里。

花妖摄魂

花儿们意识到气味对昆虫很重要，或准确地说，是千百万年的共同演化造成了最不可思议的相互联系。世界上最大的花属于大花草属（Rafflesia），分布在东南亚，靠丽蝇来传粉。这意味着，“夏日暖阳的气味遇到凉爽的傍晚清风，夹杂着一丝琥珀的松香和饱含风情的香草气息”——借用点香水工业的术语吧——并不能胜任这项工作。确实不能！如果想让丽蝇来造访，你得用丽蝇的语言向它们吆喝。这就是为什么世界上最大的花闻起来像在炎热的丛林中躺了几天的动物死尸——一股腐肉的恶臭味，令你无法抗拒，如果你正好是一只丽蝇的话。

但你不必造访丛林，就能找到一些会讲昆虫气味之语的花。苍蝇兰（fly orchid）是一个受保护的欧洲本土物种，在挪威和英国很稀有，但是在中欧分布广泛。它开着怪异的褐蓝色花朵，看起来就像某种泥蜂（digger wasp）的雌性，而它美丽的外表又被辅以正确的气味：这种花闻起来与正在寻找配偶的雌性泥蜂一模一样。那么，一只心猿意马的刚羽化的雄泥蜂要怎么做呢？它短暂的一生只被一种想法支配着啊。它着了这个把戏的道，试图与花朵交配。事情进展不顺利的时候，它就转移到另一个它以为是雌蜂的东西那里，再试一次，但在那儿也不走运。它不知道的是，在这些注定要失败的交配过程中，它沾上了一些黄色的构造物，它们看起来有点像“绒球头饰”——20世纪80年代，派对上很流行的一种头饰。这些黄色东西里包含着苍蝇兰的花粉，因此雄性泥蜂狂热的调情为花的传粉做出了贡献。

如果你关心那只不幸的雄泥蜂的命运，请不要失望。真正的雌蜂会在雄蜂之后几天羽化，那时就真的热闹起来了。通过这种方式，苍蝇兰和泥蜂的存在就双双得到了保证。

膝上的耳朵和报死窃蠹

尽管通过气味进行交流对昆虫来说很重要，尤其是在寻找配偶时，但还是有些昆虫依靠声音来寻找伴侣。蝗虫的歌唱不是为了给我们人类创造夏日之声，而是为了给这只绿色的小动物找到一位女友。因为通常是雄性向雌性发出呼唤，这跟热情四射的歌鸟往往是雄鸟是一个道理。如果你在南方地区听到过蝉制造的震耳欲聋的音墙，那么记住，如果雌性加入进来，音量还得翻倍，但正如一则古希腊谚语所说：“上天眷顾知了啊，因为它们的老婆不说话。”在现代社会，我们可能会发现这番说辞颇有争议，就让我补充一点：雌性把嘴巴闭紧是颇为明智的。为爱痴狂的同类不是唯一被歌声吸引过来的：可怕的寄生虫在聆听着，潜伏着，等待着，接着悄悄降临，在独唱的歌者身上产下一枚小小的卵。尽管这歌者看起来相当无辜，但这就是它的末日了。卵会孵化成一只饥饿的幼虫，从内到外将蝉吃个干净。就点到为止，不多说了。

昆虫的耳朵长在各种稀奇古怪的部位，却很少长在头上。它们可能长在足上、翅上、胸部，或者腹部，有些蛾子的耳朵甚至长在嘴上！昆虫的耳朵有很多种类型，即使它们都是XXXS号，有些也还是精巧得不可思议。有种类型是一张振动的膜，像一面小鼓，每当空气中传来的声波到达它这里时，鼓面就会振动起来。这与我们的内耳不无相似之处，只不过是一个简化的迷你版。

昆虫还可以通过连接到细毛上的各种感器来感知声音，这些毛可以感受振动。蚊子和果蝇（fruit fly）的触角上有这类感器，而蝴蝶幼虫则可能全身都遍布着感觉毛，它们用这些感觉毛听声音、触摸和品尝味道。有些耳朵能从很远的地方感知到声音，而其他的只在很短的距离内才管用。有时很难说“听觉”到底是什么。比如，当你从自己栖身的草茎上感受到振动的时候，你是在听还是在触摸呢？

如果你体形很小，你可以用扩音器来增大你的声音——就像被人们称为报死窃蠹（Xestobium rufovillosum）的昆虫那样。过去人们认为它们发出声音是死之将至的预警，但真实的情况要乏味得多。这些甲虫的整个幼虫阶段都在腐烂的木制品中度过，通常是在房屋的梁柱里。在成虫阶段，这些甲虫单纯靠用头撞墙来为自己寻找伴侣。这种声音会有效地通过木制品传播，甲虫和我们人类都能听到。这样重复的撞击使人联想起嘀嗒的钟表，又或许更像是有人在不耐烦地用手指敲打桌子。根据古代的迷信说法，这些声音意味着有人行将就木：这是为一个人生命的最后时刻倒数计时的钟，或者是死神在焦躁地等待着，发出的不耐烦声音。更有可能的是，人们更容易在夜晚寂静的房中听到这些声音，也许这时他们正守在弥留之人的床边呢。

拉响世界上最小的小提琴

还有其他昆虫的声音，即使在朗朗白日，我们也能清楚地听到，比如蝉的鸣唱。即便如此，蝉仍然不是世界最吵闹昆虫大赛的赢家。考虑到体形大小，一种仅有2毫米长的水生昆虫才是最有可能拿走大奖的。因为划蝽（water boatman）科中一部分种类的雄性会竞相通过音乐来博取雌性的注意。但当你只有粗磨胡椒粒大小时，又该怎样为自己的心上虫奏响小夜曲呢？小小的划蝽是通过弹奏自己来完成这件事的，它们以自己的腹部为弦，以阴茎为琴弓。

几年前，一队科学家架起了水下麦克风来记录法国雄性划蝽的歌声——这是史上对这首小夜曲的第一次盗录。好一首别具一格的流行金曲！科学家相信他们能够证明，在发声这件事上，这些长着能拉琴的阴茎的小生命突破了所有理性的界限。一只体长仅有2毫米的小动物发出了平均不低于79分贝的音量：在陆地上，这相当于一列货运火车从大约50英尺外开过的声音。

这看起来几乎超出了一切可能，或许事实上也并不是真的，因为比较水下的声音和空气中的声音是一项复杂的工作。也许最终我们会发现划蝽并不是世界上嗓门最大的昆虫，但它能用自己的阴茎来拉琴——喏，这是你抹杀不了的事实。

脚底下的舌头

想象一下，你能够在炎炎夏日赤脚穿过森林，并且在踩到灌木丛中的蓝莓时实实在在地品尝到它们。这就是家蝇（housefly）所做的事情——它们用脚来品尝味道。而且家蝇的感官灵敏得不可思议，它们的脚比我们的舌头对糖敏感一百倍。

作为一只苍蝇，除了是最不受欢迎的生物之一，还有几个不利之处。它们没有牙齿或者其他任何能够让自己吃到固体食物的装备，这注定了它们只能永远吃流食。所以当一只可怜的家蝇落在某些美味，比如你的面包片上时，它要怎么做？呃，它会用肚子里的消化酶把食物变成糊糊。为了做到这件事，苍蝇必须把自己的一些胃液反呕到食物上，这对咱们人类来说可不怎么好，因为这意味着苍蝇上一顿饭里的细菌——可能远非我们归类为食物的东西——或许最终会来到我们的面包片上。但这对苍蝇来说棒极了，它现在可以把食物吸食干净。家蝇的嘴像是一个安在短柄上的海绵吸尘器头。整个吸尘器头连接在它头上的某种泵上，这个泵可以产生吸力，使苍蝇吸起美味又营养的汤汁。

家蝇糟糕的餐桌礼仪，和包括像动物粪便这种东西在内的多样化食谱，就是它们传染疾病的原因。苍蝇本身并不危险，但就像用过的注射器一样，它们能够携带传染物，并将其传递给我们。

现在想想，幸好我们人类是用舌头品尝味道，而不是用脚。蓝莓灌木丛是一回事，但想着整个冬天都在边走路边品尝着鞋窠里的味道，那可没有多令人心动。

多面虫生

昆虫的感官适应着它们的环境和需求。这边蜻蜓和苍蝇需要好眼力，那边穴居昆虫却可能是全盲的。与花朵发生近距离接触的昆虫，比如蜜蜂，还能看见色彩，但它们的颜色光谱上移，所以看不见红色光。可它们能看见紫外线，这和我们人类不一样。这意味着很多被我们看作单色调的花，比如向日葵，在蜜蜂眼里却有着与众不同的花纹，常常是宛如“降落跑道”，引导它们去往花中蜜源。

昆虫的复眼由很多小眼构成。昆虫的脑会将所有这些小小的图像整合成一张大图像，尽管会比我们人类看到的世界更粗糙、更模糊（看起来有点像电脑屏幕上的低分辨率照片放得太大的样子）。昆虫拿不到驾照的原因多的是，但视觉是很重要的一条：它们永远不可能在20米外看清一块路牌，因为图像太模糊了。话虽如此，它们的视觉却非常适合完成每一天的任务。举个例子，比如豉甲（whirligig beetle），一种在湖面上飞快地游来游去的闪亮的黑珍珠般的甲虫。它们有两对折射角不同的眼睛：一对是为了看清水下，这样它们就可以警惕饥饿的鲈鱼，而另一对则是为了看清水上，这样它们就可以在水面上找到食物。

昆虫同样可以看到一种我们人类视而不见的财宝：偏振光。这与光在哪个平面上振动有关，当阳光在大气层中，或者在水这样的光亮表面被反射时，它就会变化。但咱们还是少说点物理，只说说昆虫用偏振光做指南针来为自己定向这件事。只有戴上一副偏光太阳镜来减轻反射光的炫目时，我们人类才会与偏振光扯上关系。

除复眼之外，昆虫还可能有分开的单眼，主要功能是区分光和暗。下次遇到胡蜂时，好好看看它的眼睛，注意观察除了头两侧的复眼，它额头上是怎样长着排成规整三角形的三只单眼的。

世界上技艺最高超的猎人看到了你、你和你……

说到视力能够适应日间活动的昆虫，蜻蜓独具一格：其视力是它们被视为世界上最有效率的捕食者之一的主要原因。

狮子在意气风发地捕猎时可能会展现出令人印象深刻的丰姿，但事实上，它们每四次才能成功捕获猎物一次。即使是咧开嘴巴，露出300颗令人胆寒的牙齿的大白鲨，在所有的攻击尝试中也有一半会失败。然而蜻蜓却是一位出类拔萃的致命猎手，至少有95%的捕食都是成功的。

蜻蜓成为技艺如此高超的猎手，部分原因在于它们无与伦比的飞行能力。它们的四只翅膀能够彼此独立地运动，这在昆虫世界并不常见。每只翅膀都由几组能调整频率和方向的肌肉来提供动力。这就让蜻蜓既能向后飞，也能上下翻飞，还能在空中从悬停不动切换到最大速度为约每小时56公里的风驰电掣。难怪美国军队在设计新型无人机时以它们为模型。但它们的视力同样为成功捕食做出了重要的贡献。当它们的整个头都由眼睛构成的时候，拥有好视力可能没什么好令人惊讶的。事实上，蜻蜓的每只眼睛都由约30 000只小眼组成，它们既能看到紫外线，也能看到偏振光，还能看到颜色。由于这些眼睛像球一样，蜻蜓能看到身体周围所发生的大部分事情。

它的脑也是为超强视力准备的。我们人类在看一连串快速播放的图像时，如果每秒超过20帧的话，我们看到的是连贯的动作，是一段影片。然而，蜻蜓每秒能够看到多达300张不同的图像，并解读其中的每一张。换句话说，给蜻蜓发电影票是很大的浪费。你我看到的一部电影，它只会看到一段放映得很快的幻灯片——一长串彼此独立的照片或者一帧帧画面。

蜻蜓的脑同样能够慢慢聚焦在它所接收到的巨量视觉信号中特定的一段上。它们有一种未在别的昆虫身上发现的选择性注意。想象你正在坐船横渡海洋，看到前面有另一艘船，与你之间呈一定的角度。如果你确保那艘船可以一直停留在你视野中的某一个角度，那么你们最终会相遇。相似地，蜻蜓的脑能将注意力锁定在逐渐靠近的猎物上，调整速度和方向来确保命中——又一场成功的捕猎。光靠设计精巧的感官是不够的，你还需要一个脑，能够处理所有一拥而入的信息，找出相关的模式和关联，并且将正确的信息再次传递到身体的不同部位。虽然昆虫的脑都很小，我们却能看到它们比我们以为的聪明多了。

去蚂蚁那儿看看，学聪明点

卡尔·林奈，那位给我们人类这个物种做出了分类的伟大的瑞典生物学家，将昆虫单独放在了一个类群里，部分原因是他相信它们根本没有脑。也许那并不是很令人惊讶，因为如果你把一只果蝇的头揪掉，它还是能近乎正常地活上好几天，能飞、能走、能交配。当然，最终它会饿死，因为没有嘴就意味着没有食物。昆虫能在没有头的状态下存活的原因就在于它们不仅在头部有一个主脑，还有一条贯穿整个身体的神经索，神经索的每个节点上都有“迷你大脑”。因此，不管脑袋在不在，很多功能还是能行使的。

昆虫有智力吗？呃，这取决于你所说的智力是什么。根据门萨高智商俱乐部的理论，智力是“获取和分析信息的能力”。这时，恐怕没人会再主张说昆虫有资格成为高智商俱乐部的成员了，但事实上，它们的学习能力和判断能力总是能带给我们惊喜。有些事情我们原本认为是真正拥有大脑的大型脊椎动物的专利，结果也在我们这些小小朋友的能力范围之内。

但并不是所有的昆虫都生而平等，它们之间存在着巨大的差异。那些生活单调、栖境简单的昆虫是最不灵光的。如果你大半辈子都只是安逸地窝在动物的巢穴中，把用来吸血的吻部扎进一条血管里，那你确实不需要所罗门的智慧。然而，如果你是一只蜜蜂、胡蜂或者蚂蚁，那就需要更多的智力了。最聪明的昆虫是那些在很多不同的地方寻找食物，并且彼此之间形成紧密联系的；换句话说，就是那些与很多其他个体一起生活在一个社群里的。这些小动物必须不断地做出判断：那边那个黄黄的东西是藏有甘甜花蜜的花朵，还是一只有点饿了的蟹蛛？我能否独自把那根松针抬走？还是需要我们几个一起？我需要喝一口这个花蜜给自己续航，还是应该把它带回家给妈妈？

社会性昆虫会进行分工，分享经验，还会用一种先进的方式来“互相交谈”。这需要思考能力。引用查尔斯·达尔文在《人类的由来》中的话：“蚁脑乃是这个世界上的最不可思议的物质原子之一，也许比人脑更加不可思议。”他说这句话时还不知道我们现在所知道的：蚂蚁能够向其他蚂蚁传授技能。

长久以来，教学能力一直被视为我们人类所独有的，这几乎是先进社会的明证。有三条具体标准可以把教学和其他交流区别开来：必须是一种仅在老师遇到一个“无知”的学生时发生的活动，必须包含老师的付出，必须让学生比自己摸索学习得更快。这个术语被用于交流概念和策略，因此蜜蜂的舞蹈一般不被看作教学行为——它更多是关于过程。然而，人们发现蚂蚁能够通过一个叫作“前后跑”的过程，教给其他蚂蚁一些技能。在这个过程中，有经验的蚂蚁为其他蚂蚁指明通往食物之路。这种情况出现在一种欧洲蚂蚁——白翅切胸蚁（Temnothorax albipennis）身上，它依靠树、石头等地标，还有气味线索，来记忆从蚁丘到一个新的食物来源的路线。为了让多只蚂蚁都能找到食物，一只知道路的雌蚁（所有工蚁都是雌性）必须教会其他蚂蚁找路。老师跑在前面带路，但要不时停下来，等它那个因为要花时间记路标，所以跑得慢一些的学生。当学生再次准备好时，它会用触角去碰老师，然后它们就继续踏上旅程。这种行为无疑满足了“真教学行为”的三大标准：这项活动只出现在老师遇到一个“无知”的学生时，包含着老师的付出（它必须停下来等待），而且让学生比自己摸索学得要快。

熊蜂最近也被正式吸纳进了这个能够将技巧教给同类的高级生物团体。瑞典和澳大利亚的科学家成功地训练了熊蜂通过拉绳子来得到花蜜。他们制作了塑料盘形状的蓝色假花，在里面灌上糖水，再盖上一张透明树脂玻璃板，这样熊蜂得到糖水的唯一办法就是去拉那根系在假花上的绳子。如果科学家只让未经训练的熊蜂自由对待这些被盖住的花，它们就什么也不懂：没有一只熊蜂会拉绳子。这是个很好的起点。接下来，熊蜂得到一个熟悉这些“花”的机会，了解到自己能收获什么奖赏。渐渐地，这些假花在透明树脂玻璃板下面被推得越来越远。当假花终于被完全推过去时，40只熊蜂中有23只开始拉动那根绳子。用这个办法，它们把假花拖了出来，可以吸光那些糖水了。诚然，这是漫长的一课：整个过程中，每训练一只熊蜂要花上整整5小时。

下一步是看看这些受过训练的熊蜂能否将自己的特殊技能教给其他熊蜂。有3只熊蜂被选为“老师”，未经训练的新熊蜂和它们一起被放在一个靠近假花的透明小笼子里观察和学习。25个“学生”中的15个通过观察“老师”是怎么做的抓住了要领，之后它们在得到机会时，也成功地拉出了奖赏。总的来说，这个实验既说明熊蜂能够学会这个绝非与生俱来的技能，也说明它们能够将这个技能教给其他熊蜂。

聪明的马儿汉斯和更聪明的蜜蜂

德国的神马汉斯是20世纪初的世界明星。它不仅会数数，还会计算——人们可能是这么以为的。这匹马会做加减乘除。它用前脚跺地的方式来回答算术问题，而它的主人——数学教师威廉·冯·奥斯登，相信这匹马与他本人一样聪明。最后人们才发现，原来汉斯根本不会计算，甚至也不会数数。话虽如此，它仍然是一个阅读提问者肢体语言和面部表情中的微小信号的能手。出题的人自己也得数，以此确定汉斯给出的是正确答案，而他在马儿数到正确的数字时发出的一个下意识的小信号，就是汉斯所需要的全部。事实上，即使是最终揭穿汉斯的那位心理学家也没法控制这些信号。

然而，根据最新的研究结果，蜜蜂可是实实在在地会数数的。它们数不了太多，而且进行四则运算的能力也不比汉斯强。即便如此，对一个脑只有芝麻粒大小的生物来说，这仍然是一项了不起的成就。为了观测这一现象，蜜蜂被放在一个隧道里接受训练，不管得飞多远，经过一定数量的地标之后，它们就会得到奖励。结果人们发现，蜜蜂最多能够数到四，而一旦它们学会了这种技能，那么即使是遇到从没见过的新型地标，它们也能数出来。

而且蜜蜂不只擅长数学（呃，考虑到它们的体形，能数到四已经很不错了），它们同样长于语言。

研究蜜蜂跳舞的人

差不多在冯·奥斯登和他那匹并没有多聪明的马生活的同一时期，一位未来的诺贝尔奖得主正在邻国奥地利长大。还是个孩子时，卡尔·冯·弗里施就很喜爱动物，而他的母亲一定极有忍耐力，因为她准许他把五花八门的野生生物带回家当宠物。整个童年时期，他在日记中记录了129种不同的宠物，包括16种鸟，20多种蜥蜴、蛇和蛙，还有27种鱼。后来，作为一名动物学家，他对鱼和它们的色觉尤其感兴趣。但几乎是很偶然的，他转而研究蜜蜂了——很大程度上是因为他的水生研究对象们在前往大会的路上，不幸显示出了阵亡的迹象，而他本来是要用它们来演示他的实验的。

卡尔·冯·弗里施有两项重大发现：他证明了蜜蜂能看见颜色，以及它们能跳一种复杂的舞蹈，告诉彼此哪里能找到食物。这就是让他赢得1973年诺贝尔奖的研究。冯·弗里施阐明，当一只蜜蜂找到一处丰富的蜜源时，它会回家找其他蜜蜂，告诉它们花朵在哪儿。它跳的是一种8字舞，在舞蹈中做直线移动的时候，它会摇摆尾部，振动翅膀。舞蹈速度传达的是到花朵的距离，而它相对于垂直线的跳舞方向，则描述了花朵相对于太阳的方位。

今天，蜜蜂的舞蹈语言是动物交流中被研究得最深入，也是被了解得最全面的案例之一，但是历史差点发生完全不同的走向。在希特勒时期的德国，这项研究几乎是刚刚开始就陷入了停滞。在20世纪30年代，卡尔·冯·弗里施还在慕尼黑大学工作时，希特勒的支持者们翻遍了大学雇员的花名册，想要将犹太员工清除掉。当冯·弗里施的外祖母被证实是犹太人时，他被开除了。但他被一种小小的寄生虫——一种引发正在将德国的蜜蜂消灭殆尽的疾病的寄生虫——给救了。蜂农和同事努力说服纳粹领导层：如果德国蜂农想要得救，冯·弗里施未来的研究是至关重要的。这个国家正在打仗，急需农场能够生产的一切食品，蜜蜂种群的崩溃是不堪设想的。因此，冯·弗里施得以照常继续他的研究，蜜蜂的知识和冯·弗里施的事业都得以进一步发展。

我见过那张脸

长久以来，我们相信只有哺乳动物和鸟类才有能力辨别不同的个体，这是建立个人关系的能力之基础。这种想法一直持续到一位寻根究底的科学家在一些飞机模型涂料的帮助下给蜂类画脸为止。受试的物种是暗马蜂（Polistes fuscatus），马蜂亚科的一个美国成员。马蜂用嚼碎的木纤维建造巢穴，看起来就像一朵由小小幼虫室构成的蔷薇花饰。巢穴挂在一个柄上，像一把倒过来的雨伞。与同样用木纤维造巢的普通胡蜂不同的是，马蜂巢在幼虫室的巢脾^[5]周围没有保护性的罩子。

这种马蜂生活在一个等级森严的社会里，因此知道谁是老大是很关键的。也许这就是它们这么擅长认脸的原因。一只马蜂的脸被涂抹过，条纹布局发生了改变，结果它在回到巢里时遭到了同巢伙伴的侵犯性对待。它们不认识它，对此感到很困惑。作为对照，科学家们也涂抹了其他马蜂，但没有改变它们的花纹。这些马蜂在回巢时就没有感受到任何异样。

另一个令人着迷的点是，在几小时的推推挤挤之后，巢里的其他居民习惯了面部被涂抹的马蜂的新模样。侵犯停止了，一切都回归了正常。其他马蜂明白不管脸画成什么样，这其实还是以前的艾拉大姐。这表明马蜂事实上有能力通过具体的面部特征或者说“容貌”，来识别和区分社群中的各个成员。

蜜蜂将整件事情提升了几个档次：它们能区分肖像照片中的人脸。而且，对熟悉的脸，它们至少能记住两天。蜜蜂是否理解自己实际看到的东西，这很值得怀疑。它们似乎相信展现在自己面前的肖像其实是模样搞笑的花朵，脸的轮廓是“花瓣”，而眼睛和嘴这些较暗的部分则代表“花瓣”上可识别的图案。

这是一条令人兴奋的新信息，它使我们重新思考面部识别真正的工作方式：毕竟，我们说的是一种脑子比这本书里的一个字母“o”还小的生物，这种生物能够做到和我们这些脑袋有菜花大小的人类相似的事情。更好地理解这些识别过程，也许能帮助那些患有脸盲症（面部失认症）的人。那是一种神经失调，特征就是无法识别面部。

也许这项知识同样可以被用在监控上——比如机场。不是安装一玻璃箱嗡嗡嗡的蜜蜂，让它们在我们过海关时一丝不苟地查看我们（尽管这会相当酷！），而是把蜜蜂识别面部图案的原理转化成一种电脑能够遵循的逻辑。这有望改进自动人脸识别技术——比如说，通过人流密集处的监控摄像头识别通缉犯。

我们应该管甲虫叫什么？名字和昆虫类群

在试图给大群的微小动物分类时，我们人类根据亲缘关系的远近将它们分成了类群。这是一个精巧的系统，最开始是界，然后分为门和纲，再接下来分为目、科和属，最后才是种。

以普通黄胡蜂为例，它属于动物界，节肢动物门，昆虫纲，膜翅目，胡蜂科，黄胡蜂属，最后是普通黄胡蜂这个种。

所有物种都有一个包含两部分的拉丁文名字，以斜体书写。第一部分告诉你这个物种属于哪个属，而第二部分表示这个物种的身份。这个由瑞典生物学家卡尔·林奈在18世纪提出的体系让其他生物学家更容易确定他们谈论的是同一个物种，即使是在跨越国界、跨越语言障碍的交流当中。普通黄胡蜂被赋予了Vespula vulgaris的学名。你往往可以理解拉丁名的含义：比如，vulgaris的意思是“普通”（也是vulgar一词的来源）。

有些时候，拉丁名可以告诉我们关于昆虫外貌的一些信息，比如黑窄花天牛（Stenurella nigra），nigra描述的是这个纯黑物种的颜色。其他时候，名字可能是从神话里借用的，就像美丽的孔雀蛱蝶（Aglais io）的名字。Io（伊俄）是宙斯的情妇，木星的一个卫星也借用了她的名字。

需要命名的昆虫有成千上万种，于是昆虫学家们有时会自由发挥，用自己最喜欢的艺人的名字来给物种命名，比如碧昂丝^[6]牛虻（Scaptia beyonceae），或者用喜爱的电影中的角色，比如楚巴卡^[7]狭额短柄泥蜂（olemistus chewbacca）、维德狭额短柄泥蜂（P.vaderi）和尤达狭额短柄泥蜂（P. yoda）。有时候，物种的名字里包含着双关语，你只有大声说出来才会发现。试试念出球蕈甲Gelae baen和Gelae fish的名字，还有茧蜂Heerz lukenatcha和它的近亲Heerz tooya！

目的次序

世界上大概有30个不同目的昆虫。甲虫、蜂类及其亲戚、蝴蝶和蛾子、蝇虻及其亲戚，还有蝽类是其中最大的5个。其他的目包括蜻蜓、蟑螂、白蚁、直翅目（蝗虫和蟋蟀）、石蛾、石蝇、蜉蝣、蓟马（thrip）、虱子和跳蚤。

我们还是从甲虫（鞘翅目）开始吧，这是昆虫世界最大的目之一，尽管它面临着来自蜂类的激烈竞争，因为知识的进步，蜂类所属目的物种数稳步上升。甲虫坚硬的前翅是它们的标志，构成了覆盖其后背的保护性外壳。除此之外，甲虫的外貌和生活方式千差万别，令人觉得不可思议，而且在陆地和水中都能被找到。甲虫有超过170个不同的科，其中最大的一些有象甲、金龟、叶甲、步甲、隐翅虫、天牛，还有吉丁虫。总的来说，全世界有大约380 000种已知的甲虫。

蜂类的目（膜翅目）由蚂蚁、蜜蜂、熊蜂和胡蜂等我们熟悉的昆虫构成，包括很多社会性的物种，它们居住在包含大群雌性“工人”和一只或多只王后的群落里。这个目还包含一些名气较小的叶蜂，以及巨量的寄生蜂物种。到目前为止，我们已经为这个目中的115 000多个物种确认了身份，但这个数目还在持续上升，它很可能是昆虫中最大的目。

蝴蝶和蛾类（属于鳞翅目）拥有表面覆盖着覆瓦状小鳞片的翅膀。世界上有超过170 000种鳞翅目昆虫，但很多都很小，一点也不起眼。最出名的当然是蝴蝶了——包括约14 000种大型昼行性（与夜行性相对）物种，通常拥有美丽的色彩和花纹。夜行性的物种被称为蛾子。

蝇虻，或者说双翅目，不仅包括我们通常称为蝇和虻的物种，比如丽蝇和牛虻，还包括蚊子、菌蚊（gnat）和大蚊（crane fly）。双翅目的拉丁文名字diptera来自它们只有两只翅（di的意思是二，ptera的意思是翅）的事实，而正如前文提到的那样，昆虫一般都有四只翅。双翅目昆虫的后翅变成了棒状的小装置，拥有了帮助它们在飞行中保持平衡的功能。在世界范围内，我们至少知道150 000种双翅目昆虫。

相对来说，多数人对蝽类（true bug）所在的目（半翅目）不太熟悉，即使它包含80 000多个物种。这个类群包括各种样貌各异的昆虫，比如盾蝽、蝽、臭虫（bedbug）、黾蝽、蝉、蚜虫和介壳虫（scale insect）。它们都拥有喙状的嘴巴，可以用作吸管来吸取食物——往往是植物的汁液，有些还能捕食或吸血。因此，尽管我们通常用“bug”（虫子）这个词来形容任意一类微小的动物，但是真正的蝽类是一个专门的昆虫类群。

这样你就知道了：蜘蛛不是昆虫。它们属于同一个门——节肢动物，但蜘蛛属于另一个纲——蛛形纲，它们与其他像螨（mite）、蝎子和盲蛛（在挪威语里叫作“纺织婆”，因为它们移动八条腿当中的两条腿时，就像推着梭子来回穿过织布机）这样的生物同属于此纲。

马陆、蜈蚣和潮虫也不是昆虫。举个最简单的特征，它们的足都太多了，属于无脊椎动物中的各种其他类群。尽管有六条腿，萌度爆表的跳虫（springtail）却不是昆虫，虽然它们相当近似于昆虫。话虽如此，昆虫研究者们可是繁盛的多足动物群体的忠实粉丝，因此当我们谈论昆虫的时候，跳虫和蛛形动物还是常常被允许进入这个圈子。本书也是如此。

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[1]指生物发生局部的特殊变异以适应特定环境条件的现象。

[2]昆虫个体、种群或群落生活、繁衍的场所。

[3]由斯坦福大学的两位学生开发的一款照片分享应用。

[4]微软公司推出的即时消息软件。

[5]由许多连接在一起的六角筒状的蜡质巢房所构成。

[6]美国女歌手，生于美国得克萨斯州休斯敦。

[7]电影《星球大战》中的人物，下文提到的维德和尤达也是电影中的人物。