人類“內卷”，動物也“內卷”——能把自己卷成“球”。犰狳、穿山甲、刺猬、球馬陸、球鼠婦等，在遇到危險時能迅速卷成緊密球體，保護其腹部、四肢等脆弱部位。
“這種行為甚至還有一個專業名詞——成球行為。”中科院動物研究所（以下簡稱中科院動物所）研究員白明告訴《中國科學報》。
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近日，由中科院動物所牽頭、中意德三國科學家合作完成的一篇論文發表于《通訊生物學》。此文針對一種小小的昆蟲——球金龜，揭示了它們“成球”的“內卷”之謎。
“球”與“非球”區別在哪兒？
在各種動物類群中，昆蟲的身體結構其實并不適于成球。
“因為它們的身體軀干只有頭胸腹三個體節，很難形成緊密的球形。大多數情況下，身體腹面、足等部位會不可避免地外露。”論文共同通訊作者之一白明解釋道。
但有一些“小家伙”卻做到了。
球金龜是金龜總科、駝金龜科、球金龜亞科昆蟲的統稱，目前已知44屬448種，分布在泛熱帶區。這類昆蟲比較罕見，主要生活在白蟻巢、枯枝落葉層和朽木等隱秘生境中。
雖然都被稱為球金龜，但它們的身手卻差距較大—— 一些球金龜只能形成松散球形，或者完全不能成球，而另一些則能形成緊密球形。
“球”與“非球”的區別到底在哪兒？
研究人員通過幾何形態學定量分析了全球74種球金龜的形態特征，發現在3種不同的成球類型（不能成球、松散球形、緊密球形）中，球金龜的頭、前胸背板、鞘翅和足等結構均有穩定差異。
進一步結合顯微CT和三維重建技術，研究人員首次發現，緊密型球金龜在體壁厚度上存在異速生長現象，也就是球外側（前胸背板和鞘翅）的體壁厚度顯著厚于內側體壁（胸部和腹部腹面），而它們的體壁厚度也與不能成球的金龜有顯著差異。
“我們推測，這可能是在能量有限的情況下的一種權衡策略。”論文第一作者、中科院動物所博士后路園園說，“當組成體壁的物質有限時，更多的材料被分配到球的外側，而被包裹在球內的體壁組成材料則相對較少。”
成球行為從何而來？
在此之前，球金龜的成球行為演化歷史并不清晰。僅有一塊化石記錄表明，松散球形種類可能最早出現在新生代（約2500萬至1500萬年前）。
這一次，研究人員詳細調查了不同產地和地質時間的化石。幸運的是，他們在克欽琥珀和多米尼加琥珀中都發現了球金龜的存在，并且首次在中生代（約1億年前）記錄了松散球形的新屬種，以及新生代緊密球形的新種。
這些發現不僅將球金龜成球行為的起源提前了約8000萬年，也是昆蟲中成球行為的最早記錄之一。
化石初步串聯起了球金龜的成球之路，為成球行為的演化揭開了冰川一角。
“我們的研究結果表明，成球行為在球金龜中是單次起源的，即從不成球到松散球形，最后到緊密球形的演化順序，其中也伴隨著在少量節點上的反轉。”路園園說。
與成球關系密切的身體結構包括頭、前胸背板和鞘翅，它們的演化過程并不相同。論文重要作者、中科院動物所研究員鄒征廷說：“中生代球金龜首先經歷了鞘翅的快速適應演化，為成球行為形成奠定了基礎，前胸背板緊隨其后，最后在新生代球金龜頭部快速演化，為緊密球形的形成補上了關鍵一環。”
為什么要變成“球球”？
看似簡單一卷的成球行為，背后卻有如此復雜的結構演變。那么，動物為何要演化出這樣的行為呢？
“科學家們推測，成球行為可能源于防御和生理功能，例如保水能力和溫度調節能力。”路園園說，“比如鼠婦就缺乏陸生節肢動物應有的氣門系統，所以需要靠成球來減緩體內水分散失，從而適應登陸后的生活。”
而對球金龜而言，抵抗天敵襲擊也是成球行為的一個重要因素。研究人員選擇球金龜與另外兩種金龜——駝金龜和鰓金龜，開展了機械力學分析，發現在被天敵直接攻擊的特定場景下，卷曲成球的球金龜可以抵抗更大的咬合力而不變形，表現出更為“抗揍”的特性。
“這些球金龜的‘抗揍’特性，一方面得益于球形結構本身，另一方面也歸功于更厚的外側體壁，以及體壁本身較強的機械性能。”另一位論文共同通訊作者、中科院動物所研究員顧奇說。
有趣的是，球金龜中松散球形種類主要生活在枯枝落葉層，緊密球形種類主要生活在白蟻巢穴中，研究人員由此提出了“攻擊者壓力”假說——來自白蟻的威脅驅動了球金龜成球行為的復雜化。
人們還發現，驚擾到某些生活在樹冠上的球金龜時，它們會迅速成球從而掉落消失。“對那些生活在開放環境的球金龜來說，球形有助于其通過滾動快速逃脫。我們認為，這更可能是緊密球形個體在重新適應開放環境中成球行為的二次適應性演化。”白明說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s42003-022-03685-2
記者 李晨陽
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