动物学家解决了漂浮幻影蠓的奇异百年之谜
水生 Chaoborus 蠓幼虫是唯一可以控制其浮力的昆虫。它们的气管气囊充当 pH 驱动的机械化学引擎。来源：菲利普·马修斯
2018 年春天，Philip Matthews 博士度过了一个典型的下午，在不列颠哥伦比亚大学 (UBC) 的实验池中捕捉蜻蜓。这位动物学家几乎不知道他即将踏上解开一个世纪之久的昆虫学之谜的旅程，其中涉及一种小得多但同样引人入胜的昆虫。当他在池塘里工作时，漂浮在附近养牛池雨水中的幼虫引起了他的注意。
这些昆虫是Chaoborus蠓的淡水水生幼虫，由于其近乎透明，也被称为“幻影蠓”。透明度使幼虫在穿过湖泊、池塘和水坑时就像小鬼一样。
“这些奇怪的昆虫在水中漂浮着中性浮力，这是你看不到昆虫所做的事情，”马修斯博士说。“有些昆虫在潜水时会在短时间内保持中性浮力，但Chaoborus幼虫是唯一接近中性浮力的昆虫。”
当研究人员将幼虫的气囊安装在恰好有紫外线照亮显微镜台的显微镜上时，气囊开始发出蓝光。来源：埃文·麦肯齐
用诺贝尔奖解开一个 100 年前的谜团
一些鱼通过用从血液中的血红蛋白中卸载的氧气来给鱼鳔充气来调节它们的浮力。1911 年，诺贝尔奖获得者奥古斯特·克罗 (August Krogh) 发现Chaoborus幼虫使用完全不同的机制，使用两对内部充气囊来调节它们的浮力。但他从来没有弄清楚昆虫是如何在没有脊椎动物的血液或血红蛋白的情况下调整囊的体积的。
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气囊的蓝色荧光是由于弹性树脂——一种几乎完美的橡胶，存在于昆虫的身体部位，弹性是关键，就像在为跳蚤提供令人难以置信的跳跃动力的弹性能量中一样。来源：菲利普·马修斯
一个偶然的发现
喝完咖啡回到实验室，马修斯博士将牛缸中幼虫的气囊安装在显微镜上，而显微镜恰好有紫外线照亮显微镜的载物台。气囊开始发出蓝光。
蓝色荧光是由于resilin——一种几乎完美的橡胶，存在于昆虫的身体部位，弹性是关键，就像为跳蚤提供令人难以置信的跳跃的弹性能量一样。
研究人员发现，这种昆虫不会将气体分泌到它们的气囊中来使它们膨胀。相反，它们会改变气囊壁的 pH 值，气囊壁内的弹性带会相应膨胀或收缩，并且气囊的体积也会随之调整。来源：埃文·麦肯齐
“resilin 的奇怪之处在于它不仅非常有弹性。如果你把它变成碱性，它就会膨胀，如果你把它变成酸性，它就会收缩。”
随着博士生埃文·麦肯齐（Evan McKenzie）推动实验调查，研究人员发现这种昆虫不会将气体分泌到它们的气囊中以使它们膨胀。相反，它们会改变气囊壁的 pH 值，气囊壁内的弹性带会相应膨胀或收缩，并且气囊的体积也会随之调整。
Chaoborus 气囊起到机械化学发动机的作用，将化学势能的变化转化为机械功。
“这是一个非常奇怪的改编，我们没有去寻找，”马修斯博士说。“我们只是想弄清楚它们如何能漂浮在水中而不沉没！”
根据高分辨力、大视场的要求，考虑到市售探测器的限制，提出了视场分离分光的方法，分析了视场分离分 光的原理。利用此方法设计了一个星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学系统，该系统由 11.42°远心离轴三反消像散(tma)望远系统和 2 个 offner 凸面光栅光谱成像系统组成，运用光学设计软件 code v 对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化。
研究结果发表在本周的《当代生物学》上。