今天小編分享的科學經驗：為什麼“小強”又雙叒叕進化了？！，歡迎閲讀。
蟑螂，屬于蜚蠊目下的一大類昆蟲（大約 4600 種，其中大約 30 種是我們熟悉的蟑螂），不過它的另一個名字可能更加廣為人知：" 小強 "。
這只是星爺電影裏的一個梗，真實世界裏的 " 小強 " 可沒那麼容易死，畢竟它們的 " 強 " 人盡皆知：
蟑螂極度耐寒耐高温，上到天寒地凍的北極，下到炎熱難耐的熱帶都能生存；
它的足迹走遍天下，基本只要是有人生活的地方都有它的身影；
有的蟑螂可以一個月不吃不喝；
蟑螂還擁有遠高于人類的抗輻射能力；
……
甚至有人預言如果人類滅絕，地球将被蟑螂占領 | 圖源：bob al-greene / mashable
這些 " 小強 " 外形不太讨喜，甚至讓人惡心、不舒服，同時也會攜帶各種病原微生物。為了讓它們遠離自己的生活，人類與它們的戰鬥持續了上千年。
随着化學研究的發展，以及對 " 小強 " 們的進一步了解，1950 年前後，各種化學藥劑開始被用于 " 小強 " 的防治。
但當時的人類可能沒想到，這反而激發了 " 小強 " 們的 " 進化潛能 "。我們不妨以研究較多（适應能力也賊強）的德國蟑螂（Blattella germanica）為例，來看看這幾十年，殺蟲劑在蟑螂身上發生了什麼。
一場和 " 小強 " 們 70 年的持久戰
這個故事的開端，要追溯到 17 世紀的海上貿易。
東南亞的婆羅洲島是當時香料的重要產地，一袋袋的胡椒被裝上帆船運往馬六甲，再運往歐洲。同時被帶上的，還有一些 " 不小心 " 誤入的蟑螂。
17 世紀主要的香料貿易路線
| 圖源：Mawar Masri, et al. 2016.
雖然海上貿易長達數十天，但是長期生活在洞穴裏的蟑螂們，早就演化出了不吃不喝也能好好活着的本事，因此順利經由印度，穿越紅海，抵達歐洲大陸。18 世紀，德國的博物學家們發現了這種蟑螂的身影，所以人們開始叫它們——德國蟑螂。
這些适應能力極強的 " 小強 " 們在人類城市中發現了自己熟悉的環境——潮濕陰暗的廁所、廚房，或者下水管道，這不就和老家婆羅洲的洞穴一樣嘛！
很快，這些來自東南亞的 " 小強 " 就遍布了歐洲，并随着對美洲大陸的探索和發展，傳到了美國，從此一發不可收拾。到了 19、20 世紀，它們已經是美國家庭随處可見的 " 害蟲 " 了。
這時候，為了應對它們，化學家們研究出了殺蟲劑。
1945 年，美國大量使用臭名昭著的DDT滅蟲，最初效果的确不錯。但經過一段時間的适應，" 小強 " 表示這個問題也不算什麼大問題——沒過幾年人們就發現 DDT 對 " 小強 " 沒用了。此後 1953 年的研究發現，產生抗性的德國蟑螂需要普通蟑螂 300 倍濃度的 DDT 才能殺死。更麻煩的是，DTT 不僅沒那麼好用了，其累積效應還會反噬、危害到環境和人類自身。
DDT 發明者 Paul M ü ller 在 1948 年獲得諾獎，但是估計也正是那個時候，蟑螂們已經出現了抗性的進化
| 圖源：Wikipedia
不久以後，DDT 的替代品出現了——氯丹（chlordane）殺蟲劑在 1948 年開始推廣使用。同樣很快，三四年之後，大家就發現這個殺蟲劑又沒用了，需要用幾十倍濃度的殺蟲劑才能殺死帶有抗性的 " 小強 "。
後面就是一連串的殺蟲劑推陳出新，和頑強 " 小強 " 的快速進化：二嗪農（diazinon）、馬拉硫磷（malathion）、氨基甲酸酯（carbamates）、拟除蟲菊酯（pyrethroids）……情況很類似，這些殺蟲劑都是推出沒幾年，德國蟑螂就快速适應，產生抗性了。
這場你來我往的較量持續了數十年。即便是殺滅效果最好的阿維菌素，蟑螂也只需要一年就能夠產生抗性；甚至有研究發現，即使是同時用好幾種殺蟲劑也對德國蟑螂束手無策——殺蟲劑根本不可能殺滅這些頑強的家夥。
" 小強 " 們的潛能是怎麼被激發的？
為什麼這些 " 小強 " 就是打不死呢？也許換個角度來看待這個問題，就能得到答案。畢竟這種讓大家焦頭爛額的現象，在進化學家眼中其實是非常稀松平常的基本操作。
其實每只蟑螂的基因都不一樣，它們對各種殺蟲劑的耐受程度也有所不同，有強有弱。如果某種殺蟲劑開始被使用，耐受能力弱的蟑螂被殺死，而抗性強的蟑螂就會活下來，并進入繁殖季——只需要短短幾代，這個群體裏的蟑螂就都對這種殺蟲劑產生了抗性。這其實就是自然選擇，不，是 " 人類選擇 " 的結果。
而每一次殺蟲劑的大量使用，就意味着一次 " 人類選擇 " 的開始——抗性越來越強的蟑螂被選擇了出來。
實際上，很多殺蟲劑對害蟲的效果是類似的——不僅沒有消滅害蟲，反而助長了它們的 " 進化 " | 圖源：Silvie Huijben, FutureLearn
當然，并不是什麼昆蟲都能這麼被選擇——各種殺蟲劑的發明在農業和醫學上對很多害蟲都曾發揮巨大的效用，只是單單搞不定這些打不死的德國蟑螂。
一方面，不到兩個月時間，德國蟑螂就可以從蟲卵發育成性成熟的成蟲——換句話説，沒任何限制的話，這些蟑螂兩個月就能翻一倍，一年就是 64 倍。巨大的群體數量可以產生更豐富的基因多樣性，那麼應對不同殺蟲劑的可能也就更多，同時快速的繁殖也讓殺蟲劑作用之後的它們可以快速 " 卷土重來 "。
另一方面，基因組檢測發現德國蟑螂有兩個有趣的特點——一是他們的" 嗅覺 " 很強，豐富的感受器讓它們比其他昆蟲能識别更多的物質，可能能分辨出更多有毒物質；二是他們的" 消化能力 " 很強，豐富的蛋白酶讓不同的物質都能被代謝消化，包括不少的殺蟲劑。
進化樹展示了不同昆蟲的離子通道受體（IR）的數量，其中德國蟑螂（Bger）的 IR 數量顯著多于其他昆蟲 | 圖源：Harrison M C, et al. 2018.
這樣的敵人，光靠殺蟲劑是不夠的了。
為了抵抗殺蟲劑，" 小強 " 連交配方式都變了
因為發現很多殺蟲劑蟑螂都不吃，在上世紀 80 年代，人類又想出一招——蟑螂好像都愛吃糖，那給殺蟲劑加點糖他們就會吃了吧！
結果确實很有效，畢竟誰能抗拒甜食呢？但是德國蟑螂格外愛甜食的特點，是天性決定的——當雄蟑螂和雌蟑螂要交配時，雄蟑螂會分泌麥芽糖來吸引雌性。換句話説，沒有糖吃的話，蟑螂就不會交配了！
在交配前，雄性蟑螂（左）會抬起它的翅膀，向雌性蟑螂（右）獻上它 " 甜蜜的禮物 "，當雌性嘗完覺得不錯，就會開始進行交配 | 圖源：Wada-Katsumata A, et al. 2023.
這顯然是一招非常有針對性的妙招，但還是沒幾年，這招對德國蟑螂就沒啥用了。
開始大家還以為會和之前一樣，蟑螂對這類殺蟲劑有了抗性。結果 1993 年，研究者震驚地發現，不是蟑螂有了抗性，而它們為了生存，進化出了 " 厭糖症 " ——它們會避免去吃葡萄糖。
要知道，葡萄糖可是世界上最容易被吸收消化的營養物質之一。為了實現這個目的，蟑螂神經元上針對對葡萄糖的甜味感受器被苦味感受器替換了——換句話説，蟑螂吃到葡萄糖會覺得很苦不好吃，于是就避開了對殺蟲劑的食用。
更離奇的是，研究者發現那些有 " 厭糖症 " 的雌蟑螂會開始拒絕交配——為此雄蟑螂也不甘示弱，在這場 " 人類選擇 " 下，它們把自己的 " 甜蜜禮物 " 也換掉了：不再分泌麥芽糖而是分泌麥芽三糖，這既和殺蟲劑裏的糖不一樣，也是雌蟑螂能吃出來的甜味，也就重新讨到了雌蟑螂的 " 歡心 "。
這場比拼與其説是人類與蟑螂的鬥争，不如説是人類與自然界進化的戰鬥。
人類的操作早就改變了演化的過程
實際上這也不是人類第一次這樣幹了，比如不少人可能聽過的" 超級細菌 "原理也是如此：抗生素的濫用，有時候不僅沒起到治療的效果（因為很多病毒性感染的患者也會使用抗生素），反而產生了各種各樣的 " 人類選擇 "，将那些沒有抗性的細菌殺除。
經過這番洗禮留下來的，自然就是耐藥性極強的 " 超級細菌 " 了。
又比如捕魚的拖網，就是一個更加形象的 " 人類選擇篩子 "。拖網滑過海底，能把大量體型巨大的魚類帶走，而小魚則會從網眼溜走——這就導致越小的魚類生存能力更強，被人類選擇了出來，所以這種一網打盡的捕魚方式的漁獲就會越來越少。
而如果拖網網眼越做越小，就只會導致魚也越來越小，直到這些魚類體積的極限——它們也就走向了滅亡。
拖網捕魚示意圖 | 圖源網絡
類似的例子其實數不勝數，我們無法評價這樣的結果對自然世界是好是壞，但是對于人類自身來説，最終往往都會導致一種負面的結果。
難道面對這些 " 人類選擇 " 帶來的後果，我們一點辦法也沒有嗎？
其實當我們理解了選擇的過程，自然也就有了對策。
像是殺蟲劑、抗生素這些直接殺死蟑螂、細菌的方法，是一種作用極強的，非生即死的選擇。那假如可以不直接殺死它們，而是利用特定的方法讓它們失去危害，或者無法繁殖，是不是就能解決呢？
這方面目前進展最讓人期待的，是針對滅蚊的轉基因方法：通過轉基因或者病毒的感染，讓雌蚊子失去生育能力，來達到滅蚊的效果。目前來看，這一套方法是成果顯著的。
通過公蚊子傳播不孕病毒，讓雌蚊子失去生殖能力，是目前最有希望徹底滅蚊的方法
| 圖源：James S, et al. 2018.
但是，進化的作用無處不在，也充滿了未知，你永遠不知道它下一步會出一張什麼樣的牌。
正如《科學》雜志報道中，進化生物學家 Allen Moore 説的那樣：
"
"Evolution ‘ discovers ’ solutions even when we think we might have won."
每當我們以為自己赢了的時候，進化總會 " 發現 " 新的解決方法。
"
參考資料
The German Cockroach: A History. https://pctonline.com/news/the-german-cockroach-a-history-robinson/
Cochran D G, Grayson J M, Lsvitan M. Chromosomal and Cytoplasmic Factors in Transmission of DDT Resistance in the German Cockroach [ J ] . Journal of Economic Entomology, 1953, 45 ( 6 ) .
Keller J C, Clark P H, Lofgren C S. Susceptibility of insecticide-resistant cockroaches to Pyrethrins [ J ] . Pest Control, 1956, 24 ( 11 ) .
Harrison M C, Jongepier E, Robertson H M, et al. Hemimetabolous genomes reveal molecular basis of termite eusociality [ J ] . Nature ecology & evolution, 2018, 2 ( 3 ) : 557-566.
Li S, Zhu S, Jia Q, et al. The genomic and functional landscapes of developmental plasticity in the American cockroach [ J ] . Nature communications, 2018, 9 ( 1 ) : 1008.
Wada-Katsumata A, Silverman J, Schal C. Changes in taste neurons support the emergence of an adaptive behavior in cockroaches [ J ] . Science, 2013, 340 ( 6135 ) : 972-975.
Wada-Katsumata A, Hatano E, Schal C. Gustatory polymorphism mediates a new adaptive courtship strategy [ J ] . Proceedings of the Royal Society B, 2023, 290 ( 1995 ) : 20222337.
Baltazar ‐ Soares M, Brans K I, Eizaguirre C. Human ‐ induced evolution: Signatures, processes and mechanisms underneath anthropogenic footprints on natural systems [ J ] . Evolutionary Applications, 2021, 14 ( 10 ) : 2335-2341.
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