昆蟲為什麼會蛻皮與變態 (上)

2002年02月19日

作者：顧世紅(國立自然科學博物館副研究員) 圖片：郭瑞玲、顧世紅

先前我們簡要介紹了昆蟲是怎麼長大的，以及昆蟲為什麼沒有長得像恐龍那麼大的原因，也就是由於幾丁質外表皮的存在，使昆蟲在生長過程中產生不連續性生長，從而引起幼蟲的蛻皮與變態。那麼，昆蟲的蛻皮與變態到底是由什麼控制的呢？

昆蟲學家們經過長年的不懈努力，終於知道，原來昆蟲的蛻皮與變態是由多種激素所控制。那麼，什麼是激素呢？激素為無管腺體（內分泌腺體或細胞）所分泌，釋放至血液後，通過血液循環，運送到目標組織器官，表現某種特異生理功能的微量化學物質（圖1）。我們已經知道至少有三種激素參與了昆蟲的蛻皮與變態，它們的發現還有一段小小的歷史呢！

早在1917年，一位名叫Kopec的波蘭昆蟲學家就已經發現，蛾類幼蟲變態成蛹的發育過程由腦內所釋放的化學因子所控制，他所做的實驗大致如下：在最後一齡（5齡）幼蟲的早期，在幼蟲的胸腹部間用一根絲線結紮，結紮後所形成的頭胸部與腹部就一直維持幼蟲的形態（牠們仍然可以存活數星期之久），而不能變態成蛹（圖2A）。但是，如果結紮的時間延後，在5齡後期，再結紮幼蟲的胸腹部，那麼所形成的頭胸部與腹部卻與未結紮的幼蟲一樣，都進行化蛹的變態蛻皮（圖2C）。如果在5齡中期結紮幼蟲的胸腹部，那麼所形成的頭胸部則進行化蛹的變態蛻皮，但腹部仍一直保持幼蟲的形態不變（圖2B）。從上述實驗及頭胸部間的結紮等實驗結果中，Kopec推論出昆蟲的幼蟲轉變成蛹的變態蛻皮是由位於頭部的腦內所釋放的某一因子所控制，如果在某一臨界期之前（腦內因子釋放前）結紮及切斷頭部的話，就阻礙了變態，但過了臨界期（即腦內因子已釋放到胸腹部），頭胸部間或胸腹部間的結紮就失去效果了。後來，他將該腦內因子命名為腦激素。儘管Kopec的研究在當時並未受到重視，但在這以後的幾十年的研究中，科學家們終於發現，他的研究結果意義非凡，在所有的昆蟲，乃至其他動物中，他第一次提出了動物的發育由腦激素所控制的理論，從而揭開了整個動物內分泌的序幕。