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水黽科
來源:互聯網

水黽(mǐn)科(食蟲類:Gerridae)是半翅目水黽科昆蟲的總稱,通稱為水黽或黽蝽,俗名“賣油郎”,起源于白堊紀早期,該科可分為9??亞科89屬830種61亞種該科廣泛分布于除南極洲以外的各大洲,棲息于淡水環境或海水環境中。該科物種的腿較長且細,幾乎終生生活于水面,借助體下的拒水性毛和伸開的肢體等適應性性狀,不致下沉或被水沾濕。人們根據此特點研究出了能在水面上自由行走的微型"水上漂"機器人。

水黽科昆蟲的典型特征是,最靠近頭部的觸角節段比其他三個節段更長更粗壯。其體型較小,大多數種類身長10~20毫米,巨人黽(Gigantometra gigas)最長為33毫米。體寬2~5毫米。翅膀包括短翅、長翅及無翅等形態。當水黽科昆蟲被捕食時,其胸部的氣味腺分泌物可以驅趕魚類或鳥類,從而防止被捕食。水黽是有明確領地概念的昆蟲。交配季節,雄性發出振動信號保護領地內的雌性。生活史包括卵、若蟲及成蟲階段。

水黽科昆蟲同時具有藥用價值和生態價值。在藥用方面,水黽科所有昆蟲都可以入藥,具有治療瘧疾瘡瘍等藥效,但對禽畜可能有毒副作用。不同于許多蜻蜓、蚊子等會害人或農作物的害蟲,水黽科通過捕食起到控制害蟲數量的益蟲作用,對生態系統有正面功能。

起源

水黽科是由英國昆蟲學家威廉·艾爾福德·利奇(William Elford Leach)于1815年命名的,通稱為水黽或黽蝽。由于該科昆蟲主要生活在淡水或海水中,或生活在這些水體的表面膜上,不容易被陸地上樹木所分泌的樹脂困住。因此,該科的琥珀標本非常少見,只有在新生代時期(距今6500萬年~今)發現過極少數的水黽科化石,而它的姐妹科寬肩黽蝽科(Veliidae)在白堊紀早期的沉積層的發現,說明了它們兩科至少都出現在這一時期。

經過長期的演化,水黽科昆蟲最大的變化是翅膀的多態性。它們獨立進化了多次,有些物種也進化出了完全無翅的情況。成年水黽科昆蟲根據其翅膀發育可分類為以下形態類型:長翅型,其前翅折疊在背部時幾乎可達到腹端,后翅與前翅近乎等長;短翅型,一對翅膀都縮短,其中包括短翅及無翅,短翅的前翅縮短但仍明顯,無翅翅膀退化,僅在前胸外葉后方略可見或完全被外葉覆蓋。短翅單態性或翅型二態性是翅型多態性的祖先狀態,且大多數種類都是傾向于短翅或無翅的翅型二態。

截止到2023年,該科包括89屬,830種,61亞種,細分為9個??亞科。其中代表性較高的屬、種,如,海黽屬(Halobates),是該科中唯一一個棲息于海洋的物種,主要分布于熱帶地區;巨人黽蝽(Gigantometra gigas)是Gigantometra屬中唯一的物種,是世界上已知的最大的水黽,體型大和大長腿是該物種的特征,具有明顯的翅膀多態性,同時存在長翅和無翅成蟲,主要分布于中國海南島和越南北部,棲息于狹窄區域內安靜、清潔的溪流或池塘的表面。

形態特征

體型

水黽科的昆蟲體型都較小,是一種小型昆蟲,體長變化在3~40毫米,大多數水黽種類的身長在10~20毫米之間。這些種類有明顯的兩性異形,雌蟲通常比雄蟲長幾毫米。但在越南北部的水系中發現了一種名為巨人黽蝽(Gigantometra gigas)的物種,體長為33毫米。水黽科昆蟲體寬2~5毫米。

整體形態

水黽科昆蟲體型從小型到大型不等,身體呈長形或橢圓形。背面多為暗色而無光澤,無鮮明的花斑。腹面覆蓋著極其細密的銀白色短毛,外觀呈銀白色絲絨狀,具有拒水功能;前胸背板極為發達,向后延伸,將中胸背板全部遮蓋,外觀不能看見;在無翅類型中尤其如此。

頭部

該科的昆蟲頭部扁平并伸長,上方還有觸角,由4個節組成。它們可以按照離頭部距離遠近編號成幾個觸角段,最靠近頭部的為觸角段I,最遠的為觸角段IV,通常情況下,觸角節段I會比其余的三個節段更長更粗壯,這是該科的一個典型特征。單眼退化,喙4節。

腿部

水黽科昆蟲有3對腿:前腿、中腿、后腿。中足與后足十分細長,向四周伸開,后足腿節多遠伸過腹部末端。前足明顯較短。跗節2節,端節的末端裂成2葉,一對爪著生在裂隙的基部。前腿主要負責通過調整與水面的接觸面積來維持整個身體的平衡。中腿像我們游泳時的手臂一樣,通過水面的不斷劃動來提供水黽向前移動的動力。后腿一方面維持與水面的接觸來支撐身體,另一方面它們還可以靈活地上下開合,既協助前腿調整平衡,也減少中腿劃水時的阻力,協同提升水黽的移動效率。水黽三對腿各不相同但協同工作,前后腿控制身體平衡,中腿提供動力,后腿輔助推進。在它們的共同協作下,水黽得以打破水面的表面張力,成功適應了在水面敏捷行走的獨特生活方式。

翅膀和身體

水黽科昆蟲之間不同物種的翅膀長度存在明顯變異,這種翅膀長度的差異與它們棲息的水域環境有關,可分為長翅、短翅和無翅。棲息在水流平靜的水域中的水黽物種,其翅膀往往比較長;而棲息在水流湍急的河流或溪流中的水黽物種,其翅膀長度則較短。翅膀長度的這種變異是水黽科昆蟲對棲息地水流環境的適應結果,在水流湍急的環境中,過長的翅膀更容易被水流沖擊損傷,所以長期生存在這樣環境的水黽物種翅膀進化為較短。翅膀長度的差異在很大程度上反映了不同水黽物種對棲息地水流速快慢的適應性。這種針對棲息地條件的結構調整是水黽物種在長期進化過程中形成的適應機制。

水黽的胸部屬于身體的主要部分,這個部位呈細長的橢圓形,長度一般在1.6~3.6毫米范圍內。有翅型個體的前胸較發達,無翅型個體的中胸較發達。腹部長度根據種類的不同會有所差異,有的種類腹部長度長于胸部,有的則短于胸部。第一腹節和后胸之間合著的程度也不盡相同,二者連接處的縫合線多少可見。腹部兩側的連接緣呈現W或Y字型向上彎曲的形狀。雄蟲的生殖板腹面寬廣。雄蟲生殖器特征明顯,一般左右對稱,抱握器構造簡單。雌性身體有一個保護生殖器的盾板結構,該盾板可以防止雌性遭到強制交配,也讓雌性獲得了選擇交配對象的能力。

分布棲息

分布范圍

水黽科昆蟲的地理分布范圍非常廣泛,幾乎分布在除南極洲以外的所有區域。

棲息環境

水黽科昆蟲主要生活在水流相對靜止或緩慢的水體環境中,包括池塘、湖泊、沼澤、溝渠、小溪和小河。大多數水黽科昆蟲都棲息在如池塘、湖泊和小溪等淡水區域;但也有一些物種生存在海水環境中,例如海黽屬(Halobates)棲息在海洋表面;海黽亞科可生活在遠海的海面,是昆蟲綱中少有的海面生活類群之一。還可以在溫度為20℃~30℃的棲息溫度中生存。

生活習性

覓食行為

黽蝽以掉落在水上的其他昆蟲、蟲尸或其他動物的碎片等物為食。當蜘蛛、蚊子、蒼蠅等陸生昆蟲不慎掉入水中時,掙扎的過程會在水面產生漣漪,水黽科昆蟲可以敏銳地感知到這種微弱的漣漪信號,迅速定位并捕獲獵物。它們口部發達,具有尖銳的刺吸式口針,可以刺穿獵物體表并注入消化酶,吸食獵物體內的軟體部分,直至獵物的外骨骼完全空蕩。除了陸生昆蟲,水黽科昆蟲也會捕食水面上的微小浮游生物作為食物來源。當食物缺乏時,同一物種個體之間也會互相捕食,表現出較強的物種內競爭和食物壓力。

防御行為

水黽科昆蟲與多個捕食性動物存在著掠食與反掠食的關系。一些魚類會捕食水黽,但水黽并不是魚類的主要食物,魚類只會在食物匱乏時才捕食水黽。而水黽胸部具有氣味腺,可以分泌驅趕魚類的化學物質,在一定程度上避免被捕食。不同生境的水黽也會被不同種類的鳥類捕食。部分蛙類會捕食水黽,但對蛙類來說,水黽同樣不是主要食物資源。可以看出,水黽與魚類、鳥類和蛙類存在著復雜的掠食關系,既是掠食者,有時也會成為其他動物的食物來源,但總體上并不是這些動物的主要食物選擇。通過像胸腺分泌驅趕化學物質等防御性適應,水黽能在一定程度上避免其他掠食性動物的捕食。所以水黽與其他動物維持著動態的掠食與反掠食的平衡。

領地意識

水黽科昆蟲具有明確的領地性和領地保衛行為。成年水黽可以通過產生特定振動模式來劃定和保衛自己的領地范圍,雄性水黽的領地面積通常大于雌性。在交配季節,雄性水黽會發出警告的振動信號來保護其領地內的雌性。盡管水黽會產生明顯的驅趕信號使自身非常顯眼,但它們仍然傾向于成群生活。體型更大的水黽擁有更大的領地范圍。水黽主要依靠視覺和振動感覺來感知和保衛領地,會積極驅趕領地內的入侵者。這種昆蟲領地性有利于水黽獲取更多的食物資源和交配機會。

活動模式

該科昆蟲腿部的特殊微結構是它們能夠在水面輕盈移動的重要基礎。每個水黽腿上都覆蓋著大量微觀的毛發,這些毛發表面還被細小的溝槽覆蓋,這樣的組合結構可以幫助水黽克服水面的表面張力,實現在水面敏捷移動。具體來說,毛發可以捕捉空氣并與水面形成一個氣層,增加腿部的疏水性,減少腿部與水面的附著力。同時,毛發也可以捕捉疏水分子,進一步降低腿部與水面的黏附性。大量毛發還可以增加腿部表面積,更好地分散身體重量,避免直接踩破水面。而覆蓋毛發的細小溝槽可以進一步增強這些功能。在這些微觀結構的共同作用下,水黽成功抵抗了水面的表面張力,大大降低了水面的粘性和阻力,可以以每秒1米的速度滑行其上,相當于人類要每秒達到9英里的速度。此外,跗節2節還可在水面上奔跑,甚至是逆流而上,有些種類還可以在海面上奔跑。

社群行為

水黽科昆蟲擁有多種機制,以適應棲息地環境的變化和種群壓力,保證不同種群之間的基因交流,實現自身的傳播擴散。具體來看,當它們棲息地的水體鹽度突然增加時,會主動遷移到鹽度較低的新棲息地,實現不同水域種群之間的基因交換。在若蟲高密度的種群中,會產生更多發育有飛行肌的短翅型個體,它們能飛到其他水體進行交配,使基因得到擴散。另外,這些昆蟲通常會采取分散的方式來降低單一水域內的種群密度。無翅型個體依靠水流或洪水傳播,海黽屬的卵可以產在漂浮物上,借助這些漂流物質在海洋間傳播。

生長繁殖

求偶

水黽科昆蟲不僅會利用足部在水面上振動來檢測獵物,也用類似的振動模式與同類交流,尤其是在尋找配偶時。這種通過水面傳播振動的方式,既是它們的覓食手段,也是它們的交配溝通的方式。

交配

水黽科昆蟲的交配一般在夏季和冬季,雌性水黽有一個覆蓋生殖器的結構,可以防止被強制交配,也被認為可以選擇交配對象。為獲得更多交配機會,雄性水黽進化出通過振動吸引雌性和捕食者的策略。交配時雌性漂在水面,雄性騎在上面,這使雌性更容易被交配。這種雄性策略被認為是為了恐嚇雌性迅速交配,之前遭遇過交配的雌性會更快同意交配。

產卵

交配后,雌水黽通常會將卵產在浮于水面的葉片下方或其他物體上,以膠質粘附,或覆以膠質,亦有潛入水下產卵者。大約兩周后在25°C水溫下卵會孵化,孵化的快慢也與溫度有關,溫度越低,卵孵化的越慢;相反的,溫度越高,卵孵化的越快。

發育

水黽科昆蟲會經歷卵階段、5個若蟲階段、成蟲階段。卵孵化為若蟲,之后會經歷5個若蟲階段,每個若蟲階段會持續7~10天后會從頭胸部背面的Y形縫線開始蛻皮,之后發育成成蟲。水黽科昆蟲從卵階段到成蟲階段的發育周期大約需要持續60~70天。成蟲生命周期可持續數月至一年,到了冬天成蟲會死亡,但部分卵可安全過冬并在次年春天孵化出來。尤其是處于溫帶地區的水黽科昆蟲,它們一般會以成蟲的形式在陸地上過冬,然后在春季初期才出現在水面活動。但它們的后代會在初夏時作為新羽化的成蟲出現。具體到北歐和加拿大地區,春季早期出現的成蟲可以進入繁殖期,產生后代并形成第二代;而在夏季后期出現的成蟲,會進入過冬前的蛻變期,隔年春天才進行繁殖。

該科昆蟲的翅膀也會在發育期間發育為不同的類型,發育中的翅膀在最后兩級若蟲階段或幼蟲階段中可見為明顯的翼墊,長翅成蟲從具有明顯翼墊的第五若蟲階段中羽化而出。在多數物種中,具有退化翅膀的短翅成蟲來自翼墊縮小的第五若蟲階段。然而在其它一些物種中,具有明顯翼墊的若蟲可產生長翅型和短翅型成蟲。

種間關系

天敵

該科昆蟲會被鳥類、青蛙及魚類所捕食

寄生

水黽科昆蟲與內外寄生蟲有復雜的宿主-寄生蟲關系。水黽科昆蟲體內存在多種內寄生蟲,包括錐蟲、鞭毛蟲、線蟲,這些都是作為水黽科昆蟲的內寄生蟲。此外在水黽科昆蟲體表還發現了水螨的幼蟲外寄生。這說明水黽科昆蟲與多種寄生生物關系密切,不僅體內可被寄生,體表也會被寄生蟲感染。

主要價值

藥用價值

水黽科全部昆蟲都可以作為中藥來入藥,有截瘧、療毒之效,主要治療瘧疾及痔瘡等疾病,但是對于雞犬來說,水黽是有毒的。

生態價值

不同于許多蜻蜓、蚊子等會害人或農作物的害蟲,水黽科通過捕食起到控制害蟲數量的益蟲作用,對生態系統有正面功能。

相關研究

水黽科昆蟲可以在水面上行動自如,主要是依靠它腿部特殊的微納米結構與油脂的協同效應。這種結構可以高效吸附空氣,在毛發間形成穩定的氣膜,起到超疏水效果,使水滴無法滲入,從而得以在水面行走自如。也因此,人們通過模擬水黽腿部的結構,設計制作了能在水面行走的微型機器人。

參考資料 >

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