李會娟，楊開朗，王 倩，溫俊寶

(北京林業(yè)大學林學院，北京 100083)

動物受到外界刺激如天敵刺激時，會自發(fā)進入強直靜止狀態(tài)，身體蜷縮靜止不動呈“死亡”狀，或從原停留處落下(Miyatake, 2001a; Ruxton, 2006)，這一現(xiàn)象被稱為假死(Death-feigning、Thanatosis、Tonic immobility、Animal hypnosis、Playing dead、Immobilization catatonia、Play possum)(Humphreys and Ruxton, 2018)，屬于次級防御行為(Matthews and Matthews, 2010; Ruxtonetal., 2018)，是先天性的，是長期進化中保留下的適應特征(Edmunds, 1975)。

假死行為廣泛存在于動物界各個門類，包括節(jié)肢動物門，脊索動物門中哺乳綱、兩棲綱、魚綱、爬行綱等，軟體動物門等，有文獻記載的共71個物種(見表1)。節(jié)肢動物門中除蛛形綱和軟甲綱有假死行為外，昆蟲綱中最為普遍(Alonsozarazaga and Lyal, 1999)，有40種昆蟲被明確報道具有假死行為，其中鞘翅目有22種，而象甲科最多，包括甘薯象甲Cylasformicarius(Acheampong and Mitchell, 2010)、松樹象甲Hylobiusabietis(Sibuletal., 2013)、臭椿溝眶象Eucryptorrhynchusbrandti(Lietal., 2019)、溝眶象Eucryptorrhynchusscrobiculatus(張艷，2015)、女貞粗腿象Ochyromeraligustri(侯冬梅和涂小云，2014)、車軸草籽象Tychiuspicirostris(Duporte and Melville, 1916)等。

昆蟲的假死行為對提高逃逸率和存活率等有著十分重要的作用，近年來，逐漸受到國內外研究者的重視。本文擬綜述昆蟲假死行為的研究現(xiàn)狀，重點探討假死行為的發(fā)生機制，分析現(xiàn)存問題，展望今后研究方向。

1 昆蟲假死行為研究概況

1.1 相關文獻資源和機構

從1906年開始，到2019年10月，以“假死”(Death-feigning、Thanatosis、Tonic immobility)為關鍵詞，通過谷歌學術(英文)、中國知網(中文)數(shù)據(jù)庫共檢索出1 350篇相關文獻。深入篩選發(fā)現(xiàn)其中僅279篇涉及昆蟲，2000年后發(fā)表的有229篇。進一步統(tǒng)計2000-2019年國內外涉及昆蟲假死行為的論文(圖1)，20年間有46篇是明確研究昆蟲假死行為的，其中國內6篇。涉及昆蟲假死行為的文獻呈逐年遞增趨勢，但深入研究昆蟲假死行為的論文增加趨勢不明顯(圖1-a)。37篇文章探究昆蟲假死行為特征，探索假死行為發(fā)生機制的僅9篇，每年發(fā)表數(shù)量見圖1-b。

圖1 假死行為的學術論文發(fā)表情況(1-a，2001-2019年與假死行為研究的學術論文發(fā)生趨勢；1-b，昆蟲中假死行為發(fā)生時間和發(fā)生機制研究內容的文獻數(shù)量。)Fig.1 Number of papers in death-feigning(1-a, 2001-2019, the trend of academic papers on the study of death-feining behavior; 1-b, the number of papers with different content of death-feigning in insect.)

表1 具有假死行為的物種統(tǒng)計Table 1 Data on different species that performed death-feigning behaviour

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

研究昆蟲假死行為的機構主要在國外，如日本岡本大學進化生態(tài)學實驗室、英國圣安德魯斯大學生物學院、愛沙尼亞農業(yè)大學植物保護學院和塔爾圖大學生態(tài)與地球科學研究所等。2019年北京林業(yè)大學林木有害生物防治北京市重點實驗室首次發(fā)文確認臭椿溝眶象的假死行為。

1.2 國外主要研究工作回顧

昆蟲的假死行為研究最早可追溯至1906年，Holmes首次研究了幾種蝎蝽的假死行為并測試假死發(fā)生時間，發(fā)現(xiàn)溫度的高低影響假死發(fā)生時間(Holmes, 1906)。

愛沙尼亞的Metspalu和Krams等人從生理方面對馬鈴薯葉甲Leptinotarsadecemlineata的假死行為進行了探討，發(fā)現(xiàn)假死前后代謝率變化顯著，正常狀態(tài)下的代謝率是假死狀態(tài)下的1.5倍(Metspaluetal., 2002)，但未考慮蟲體大小的影響，數(shù)據(jù)結果或存在爭議。

英國圣安德魯斯大學生物學院的Ruxton博士則從進化生態(tài)學角度認為，假死行為是一種重要的天敵防御模式，有效躲避天敵(Ruxton, 2006; Ruxtonetal., 2018)。

日本岡本大學的進化生態(tài)實驗室Miyatake等人，2001年至今共發(fā)表19余篇昆蟲假死行為的論文，主要研究對象為赤擬谷盜Triboliumcastaneum、四紋豆象Callosobruchusmaculatus、綠豆象Callosobruchuschinensis等倉儲害蟲，從驗證假死行為發(fā)生特征入手，包括性別、蟲體大小、饑餓、飛行力和活動力、溫度、光照等方面，探究昆蟲假死行為生理、基因和分子基礎。他們證實假死時間在雌雄蟲之間存在差異，溫度影響假死發(fā)生時間，昆蟲的活動力和飛行力與假死存在基因負相關性(Ohno and Miyatake, 2007; Miyatakeetal., 2008b)。近年，Miyatake等人認為假死或與腦部生物胺密切相關(Miyatakeetal., 2008b; Matsumuraetal., 2016)，但未明確假死前后生物胺表達量是否存在差異，又從基因層面對比分析赤擬谷盜活動力與假死行為發(fā)生的聯(lián)系(Uchiyamaetal., 2019)，開始探究假死行為的發(fā)生機制。另外，Miyatake(2019)首次從覺醒方面探究昆蟲假死行為特征，發(fā)現(xiàn)假死過程中的赤擬谷盜受到震動會覺醒，假死時間與震動強度正相關，認為假死覺醒或有遺傳基礎。

國外假死行為研究已經逐漸多樣化，從生理生化、基因、生態(tài)學等角度探究假死行為特征和發(fā)生機制。

1.3 國內主要研究工作回顧

2010年開始有中國學者探究昆蟲的假死行為，涉及種類如長壯蝎蝽Laccotrephesrobustus(孟凡明和梁醒財，2010)、毛健夜蛾Brithyscrini(朱敏等，2016)、絲棉木金星尺蛾Calospilossuspecta(曹亞汝等，2018)、女貞粗腿象甲(侯冬梅和涂小云，2014)、臭椿溝眶象(Lietal., 2019)等，主要研究其假死行為特征。

孟凡明(2009)將假死行為分為3種類型，偽裝死亡型假死、逃避搜捕型假死、抑制進食型假死，并認為應將假死歸為擬態(tài)行為；侯冬梅等人認為假死的影響因素與背景色相關；李會娟等(2019)明確了饑餓對臭椿溝眶象假死的影響，初步完成近緣種溝眶象和臭椿溝眶象假死行為特征的對比分析。

總體來說，我國的研究工作主要探討了昆蟲假死的發(fā)生特征，起步時間晚，研究基礎較薄弱。

2 昆蟲假死行為特征研究

2.1 發(fā)生特征

昆蟲的假死行為(Death-feigning)可以定義為：當昆蟲接收到外界刺激信號后，身體各系統(tǒng)做出反應，呈現(xiàn)特定的姿態(tài)，如足或觸角收縮、軀體彎曲，自發(fā)地進入強直靜止的狀態(tài)。昆蟲假死時大腦正常支配功能不受干擾，是一種低耗能、高警惕性的防御模式，在形態(tài)和生理上與真正的死亡有著本質區(qū)別。

假死發(fā)生時，多數(shù)昆蟲保持特有的假死姿態(tài)。在形態(tài)上，蟲體保持僵直不動，觸角和附肢強烈收縮并緊貼于身體腹面，肌肉緊張(Humphreys and Ruxton, 2018)。有的昆蟲幼蟲，如細胸金針蟲Agriotessubrittatus，假死時常彎曲身體(Ritteretal., 2016)。除此，象甲類昆蟲，如臭椿溝眶象假死時喙完全收縮于胸部腹面(Lietal., 2019)。若不繼續(xù)施加刺激，幾分鐘或十幾分鐘后，昆蟲假死覺醒后恢復正常體態(tài)并迅速逃跑。不同昆蟲之間的假死行為特征既有相似性，又有其特有的固定模式，受環(huán)境和自身因素的影響。依據(jù)動物假死發(fā)生后的形態(tài)特征，劃分為蜷縮型、彎曲型、強直型、靜止型等4種類型，具體見表2。目前，昆蟲的假死發(fā)生形態(tài)多為蜷縮型和彎曲型，而強直型假死多發(fā)生在爬行類、魚類，靜止型假死多發(fā)生在鼠、穴兔類等高等哺乳動物，形態(tài)上的不同是昆蟲與其他動物假死行為特征的主要差異。

表2 不同物種的假死發(fā)生特征

此外，昆蟲假死后的內部生理活動也有顯著變化。Sibul等人運用紅外心電圖和呼吸計記錄松樹象甲假死期間呼吸模式，證明假死期間松樹象甲依然保持標準的氣體交換循環(huán)(closed, flutter, ventilation periods, CFV cycle)(Sibuletal., 2013)，但是假死結束時出現(xiàn)CO2爆發(fā)點，或許假死期間昆蟲正常呼吸，但假死前后的代謝有差異；而從大腦活躍度來看，假死狀態(tài)下的動物依然保持警覺性。Davie等人認為，動物進入假死狀態(tài)后，假死大腦和清醒時一樣活躍，對外界時刻保持警惕(Davieetal., 1993)?；蛟S，假死行為僅單純迷惑天敵，利于逃避防御。比如，溝眶象和臭椿溝眶象假死結束后，迅速從側翻假死狀態(tài)恢復正常體態(tài)逃逸(張艷，2015)。細胸金針蟲假死覺醒后，會立即挖掘掩埋自身蟲體，躲避天敵(Ritteretal., 2016)。

2.2 發(fā)生強度

關于假死行為發(fā)生的程度，前人多用假死強度(Death-feigning intensity)一詞描述(Ohno and Miyatake, 2007)，主要由假死發(fā)生時間和假死頻率定量評估。已知的昆蟲假死發(fā)生強度如表3所示，不同物種之間的假死發(fā)生時間和頻率差異較大。Matsumura等人認為不同物種甚至是同一物種雌雄間出現(xiàn)的假死強度變異現(xiàn)象或可用假死深度(Depth of death feiging)解釋(Matsumuraetal., 2016)，但未具體證實這一定義。

2.3 誘發(fā)因素

假死行為可由多種方式誘發(fā)，如觸覺、視覺、聽覺或混合刺激。不同物種具有不同的效應刺激方式，如光束可以引發(fā)馬鈴薯葉甲的假死行為，聲波刺激雙斑蟋發(fā)生假死反應(Nishino and Sakai, 1996; Metspaluetal., 2002)；意大利蜜蜂受到一定頻率的聲波刺激后會假死(Acheampong and Mitchell, 2010)；高溫可誘發(fā)負子蝽假死行為發(fā)生(Holmes, 1906)。但是，多數(shù)昆蟲均可用鑷子觸碰腹部產生機械刺激達到假死狀態(tài)，包括臭椿溝眶象、溝眶象、甘薯象甲、綠豆象、四紋豆象和赤擬谷盜等(Lietal., 2019; Miyatakeetal., 2019)。假死行為最直接有效的誘發(fā)因素或是機械刺激。

表3 不同昆蟲的假死發(fā)生強度Table 3 Death-feigning intensity of different insects

2.4 影響因素

不同昆蟲之間的假死行為特征既有相似性，又有其特有的固定模式，受環(huán)境和自身因素的影響(Humphreys and Ruxton, 2018)。環(huán)境中的背景顏色可影響麗蠅蛹集金小蜂雌蜂的假死，毛健夜蛾幼蟲和女貞粗腿象甲的假死發(fā)生率在紅、黃、綠背景下有顯著差異(侯冬梅和涂小云，2014；朱敏等，2016)；四紋豆象和綠豆象在高溫環(huán)境下減弱假死發(fā)生頻率，假死發(fā)生時間與溫度負相關(Hozumi and Miyatake, 2005)；而低頻的聲音刺激可以減弱溝眶象和臭椿溝眶象的假死發(fā)生時間(李會娟，未發(fā)表數(shù)據(jù))。

昆蟲自身內部影響因素包括性別、體重或蟲體大小、齡期、饑餓程度等(Yasuda, 1998; Ritteretal., 2016)。綠豆象中，蟲體大小與假死時間顯著相關(Hozumi and Miyatake, 2005)，且雌性假死時間顯著低于雄性。然而，四紋豆象的假死時間雌性高于雄性(Miyatakeetal., 2008a)。加州竹節(jié)蟲Timemacristinae假死行為也受蟲體大小影響，且日齡低的竹節(jié)蟲較日齡高的竹節(jié)蟲易假死(Farkas, 2016)。饑餓是一種重要的內部生理影響因素，Miyatake等人在甘薯小象甲饑餓試驗中發(fā)現(xiàn)，饑餓處理的甘薯象甲的假死比例顯著低于未饑餓處理組，且雌蟲的假死時間長于雄蟲(Miyatake, 2001b)，此外饑餓的臭椿溝眶象假死發(fā)生頻率隨饑餓時間的增加而降低(Lietal., 2019)。

綜上所述，昆蟲假死行為的誘發(fā)和影響因素，主要有機械刺激、光照、聲音、溫度、背景色以及蟲體自身條件等。明確參與調節(jié)昆蟲假死行為的因素，利于假死行為的定性分析，為進一步的發(fā)生機制研究奠定基礎。

3 昆蟲假死行為發(fā)生機制研究

當前昆蟲假死行為研究多集中于假死行為的發(fā)生特征、誘發(fā)因素，與發(fā)生機制相關的生理生化、神經生物學、基因層面等的研究不足，尚無法詳細解釋昆蟲假死行為發(fā)生機制。

不同物種具有不同假死誘發(fā)因素，且假死行為不同物種甚至個體間差異顯著，導致宏觀假死行為研究較難控制變量，試驗繁瑣復雜，工作量大。近年來，生理學、神經生物學和分子生物學層面的技術手段逐漸成熟，為揭秘昆蟲假死行為的發(fā)生機制提供了條件。

3.1 激素調控

在無脊椎動物中，生物胺是一類非肽類神經激素，在調控感覺器官、影響中央神經系統(tǒng)的狀態(tài)與起始行為的改變上扮演了相當重要的角色(Pirrietal., 2009)，最常見的5種生物胺是章魚胺(Octopamine, OA)，酪胺(Tyramine, TA)，多巴胺(Dopamine, DA)以及5-羥色胺(Serotonin, 5HT)和組胺(Histamine)。許多研究發(fā)現(xiàn)昆蟲在不同的外界刺激下，體內的生物胺濃度會有顯著變化。例如，當柞蠶Antheraeapernyi受到外界刺激時，章魚胺會促進昆蟲的脂肪體進行糖解作用，使血液中的海藻糖濃度上升，以滿足能量需求應付緊急的逆境狀況(潘燦平等，2005)。熱刺激處理下，果蠅Drosophilavirilis、蝗蟲Schistocercagregaria與美洲蜚蠊Periplanetaamericana體內的的章魚胺顯著上升(Davenport and Evans, 2010; Maetal., 2015)。

假死行為是大多數(shù)昆蟲重要的應激反應，然而，這一行為是否受生物胺調控依然未知。Miyatke(2008)檢測到了赤擬谷盜腦部生物胺表達量變化活躍度高和低的兩個種群假死狀態(tài)下的多巴胺表達量變化有差異，活躍度大的赤擬谷盜多巴胺含量低；Nakayama(2012)和Uchiyama(2019)經過實驗獲得了類似結果，假死時間長的赤擬谷盜腦內多巴胺含量低。但是，Matsumura(2016)年測定了赤擬谷盜腦部4種生物胺(章魚胺、多巴胺、5-羥色胺、N乙酰堿胺)，未發(fā)現(xiàn)生物胺和活躍度有相關性。

生物胺及其受體是否對假死行為有調控作用(Miyatakeetal., 2008b)，為假死行為發(fā)生機制的研究提供了新思路。目前，已經在很多昆蟲中克隆到了編碼章魚胺受體OARs(Octopamine receptors)和酪胺受體TARs(Tyramine receptors)的核苷酸序列，包括黑腹果蠅Drosophilamelanogaster、桔小實蠅Bactroceradorsalis(Robyn and Schafer, 2009; Cla?en and Scholz, 2018)等。該類受體調控生物體多種至關重要的生理學功能，關于其分子生物學特性以及藥劑靶標潛力的研究頗多。如果找出假死行為和生物胺的聯(lián)系，克隆出其受體基因，從基因層面探索假死的發(fā)生機制，必將是一項重要突破。

3.2 神經調控

關于昆蟲假死行為的神經調節(jié)作用的研究，一直未有較大進展。昆蟲中，切除車軸草籽象頭部后，蟲體不發(fā)生假死(Duporte and Melville, 1916)，但這無法充分證明假死由神經中樞調控；又或許昆蟲中的劍鞘器(FCOs)直接參與了假死刺激的誘導(Nishino and Sakai, 1996; 孟凡明和梁醒財，2009)，但與之相關的神經中樞的活動情況較模糊。

然而，在以黑鯊等其他物種為研究對象的實驗中，認為交感神經系統(tǒng)(VVS)或副交感神經系統(tǒng)主要參與調控(Klemm, 1977; Davieetal., 1993; Albonietal., 2008)。此外，基于光遺傳學和電生理學研究，已驗證SC-丘腦枕核(Pulvinar nucleus)-杏仁核(Amygdala)皮層下通路介導小鼠的假死反應(Weietal., 2015; Münchetal., 2020)，詳細解析了假死行為發(fā)生時的特定神經元的細胞機制及神經環(huán)路機制。這些關于假死行為的神經生物學研究可為從腦神經層面探討昆蟲假死行為神經調控機制提供思路啟發(fā)和理論參考，有助于進一步分析昆蟲假死行為發(fā)生機制。

3.3 遺傳基礎

假死行為同其他行為(捕食、交配、產卵等)相同，均具有遺傳基礎(Miyatakeetal., 2008a; Miyatakeetal., 2019)，其行為特征同時受到遺傳和環(huán)境兩方面的影響(Nakayama and Miyatake, 2009; Nakayama and Miyatake, 2010)。Miyatake等人的人工選擇實驗中，實驗室培養(yǎng)8代以上的綠豆象和赤擬谷盜，和不同地域采集的綠豆象對比實驗中，假死特性、飛行能力和假死強度的負相關性大體一致，表明假死具有遺傳性(Ohno and Miyatake, 2007; Matsumuraetal., 2016)，從基因層面探索昆蟲假死行為或是今后研究的必由之路。

不同物種之間的假死強度有很大的不同，如假死時間普遍有差異，假死時間幾秒到幾小時不等。竹節(jié)蟲可以偽裝小樹枝幾個小時，負子蝽假死時間也長達1 h，而長蝽科的若蟲僅有幾秒的假死(孟凡明和梁醒財，2010; Farkas, 2016)。同種昆蟲不同個體間的假死時間也存在差異，甘薯象甲雌蟲假死12 min，雄蟲18～25 min，其原因可能是假死異源進化(孟凡明和梁醒財，2009; Ritteretal., 2016)。

截止目前，國內外尚無關于假死行為和遺傳進化關系的明確報道。

4 結語與展望

4.1 小結

假死行為是昆蟲重要的反捕食防御行為，和生存策略密切相關。近年來，與昆蟲假死行為相關的研究逐漸增多，明確了多種昆蟲的發(fā)生時間、發(fā)生頻率、刺激方式和誘發(fā)因素等特征；但昆蟲假死行為的發(fā)生機制仍未明確。關于假死行為研究的存在問題總結如下：

具有假死現(xiàn)象的昆蟲種類多但被深入研究種類少：自然界中，有大量昆蟲存在假死行為。目前的研究對象僅有赤擬谷盜、甘薯象甲、綠豆象、臭椿溝眶象等40余種。研究更多具有假死行為的昆蟲，將有助于深入理解昆蟲假死行為的特點和發(fā)生機制。如何解釋昆蟲假死行為的普遍性，仍是一項挑戰(zhàn)。

研究層次不高：當前研究多集中于昆蟲假死行為的發(fā)生特征，包括假死強度、誘發(fā)因素等，很少涉及研究假死發(fā)生機制。常規(guī)行為分析手段，比如直接觀察、基礎行為實驗是第一個研究層次，初步解釋假死昆蟲行為發(fā)生反應的基礎特征。然而，每一次假死行為，都需要蟲體各個系統(tǒng)的互相協(xié)調，從而實現(xiàn)假死的發(fā)生。從蟲體內外系統(tǒng)研究假死行為的發(fā)生是第二個研究層次，如外界因素光照、溫度、聲音、背景色等，到內部因素如蟲體大小、雌雄、饑餓探究假死發(fā)生的影響，目前多數(shù)研究集中在這個層次。運用生理學、神經生物學、分子生物學的技術手段，從生理生化甚至基因層次探究假死行為的發(fā)生是第三個研究層次，但鮮有涉及。

研究學者少：關于昆蟲的假死行為研究已取得較大進展，但研究學者較少，導致仍有很多基礎科學問題尚未涉及，如已知明確具有假死行為的昆蟲僅幾十種，必然低于自然界中的實際物種數(shù)量；赤擬谷盜、綠豆象、竹節(jié)蟲、臭椿溝眶象等昆蟲，有的假死時間最長可達幾小時，有的僅幾分鐘，差異顯著。總之，不經大量試驗驗證，無法直接斷言物種是否具有假死行為，其發(fā)生機制如何。但是，實際上至今未有理論指導如何直接斷定哪種昆蟲偏好假死，哪種昆蟲不喜假死，哪種昆蟲干脆拒絕假死。假死作為昆蟲重要的防御行為，希望今后更多的研究學者探索其中奧秘。

4.2 展望

哺乳類、魚類、鳥類等假死行為的誘發(fā)同樣受機械刺激、溫度、聲音等，但是沒有明顯的假死姿態(tài)，較難從外觀直接判斷是否假死，且實驗操作較復雜。與之相比，昆蟲的假死行為相對簡單，易在實驗室進行操作，了解昆蟲的假死行為發(fā)生特征和機制，有助于深度解析其他動物的假死行為。不同昆蟲的假死狀態(tài)相似，均靜止不動，然而即使同一物種間的昆蟲，假死發(fā)生時間出現(xiàn)較大差異，因此以多種昆蟲為對象，對比不同物種的假死行為，有助于深入理解假死行為的發(fā)生特征。而假死行為降低被捕食率、增加逃逸率、提高自身適合度，和生存策略有密切聯(lián)系，未來從進化生態(tài)學角度研究假死行為發(fā)生和生存策略之間的聯(lián)系也很有價值。另外，具有假死行為昆蟲，如臭椿溝眶象、甘薯甲蟲、尺蠖Geometridae、赤擬谷盜等，是重要的林業(yè)和農業(yè)害蟲，對我國的農林生產和社會經濟造成嚴重損失。文獻報道利用昆蟲假死或可防治害蟲(張霞等，2001；張民照等，2009)，如通過全基因轉錄組分析和RNAi干擾技術篩選與假死行為相關的基因，開發(fā)調控劑，干擾這類害蟲的生理和行為，達到防治目的。還有學者提出，未來或可人為控制假死發(fā)生時間，進行活體運輸(Brooksetal., 2011)。Claudia等認為細胸金針蟲近緣種間假死時間差異顯著，可用于分類鑒定(Farkas, 2016; Ritteretal., 2016)。

近幾年，現(xiàn)代新技術的發(fā)展開辟了昆蟲假死行為發(fā)生機制的研究新途徑，利用納米級電鏡和CT可以探索感器分布腦結構等與假死行為神經控制相關的組織，LC-MS/MS、RNAi干擾以及基因編輯等新技術實現(xiàn)了從生理學和分子生物學角度探索基因對假死行為的調控的可能。綜合運用生理學、神經生物學、分子生物學的技術手段，從假死行為的發(fā)生特征入手，重點闡述假死行為發(fā)生時的各系統(tǒng)內分泌激素和各組織器官間的基因轉錄、蛋白質翻譯的變化，以及各神經系統(tǒng)之間的調節(jié)機制，并深入探索這一行為的遺傳進化基礎，相信不久將來假死行為的發(fā)生機制最終會被揭曉。