我跳！我跳！我跳跳跳！

撰文 | 不周

審校 | 二七

家附近的便利店會(huì)賣一種神奇的豆子，把它握在手里，或者放在陽光充足的地面上，它會(huì)不停地?fù)u晃、翻滾、甚至?xí)芭榕榕椤钡靥饋矸瓊€(gè)跟斗。有時(shí)候躺在床上，把幾顆豆子裝進(jìn)盒子里，然后再將盒子放在枕頭下，就能聽到幾顆豆子“快樂”的跳躍聲，就像一群小伙伴在蹦蹦跳跳一樣。或者把它放在桌上，讓它們跳著和我們一起玩游戲，回答自己一個(gè)問題：今晚吃什么？

這些對(duì)小朋友充滿誘惑力的神奇玩具 —— 墨西哥跳豆（Mexican jumping bean），無論怎樣看都是一種植物。那是魔法讓它們跳起來的嗎？這大概是許多墨西哥及附近地區(qū)小朋友內(nèi)心的困惑。

事實(shí)上，許多植物都能運(yùn)動(dòng)，比如跳舞草葉片會(huì)上下舞動(dòng)、向日葵會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、麥穗成熟后更是能“長(zhǎng)腿跑掉”，但這些都源于植物受外界環(huán)境刺激產(chǎn)生的向性運(yùn)動(dòng)。而墨西哥跳豆的情況則有些特殊，它能跳起來是因?yàn)閮?nèi)部真的有一個(gè)“小司機(jī)”—— 一種飛蛾（Cydia saltitans，也稱跳豆飛蛾）的幼蟲。

墨西哥跳豆的“豆”原本是墨西哥山區(qū)一種大戟科灌木（Sebastiania pavoniana）的種子，通常呈現(xiàn)為棕色或棕褐色，兩面平坦、一面彎曲的形狀看起來就像是半顆榛子。但跳豆的“跳”就和植物無關(guān)了。在春季灌木開花之時(shí)，飛蛾會(huì)將卵產(chǎn)在尚在發(fā)育中的懸吊的豆莢上。在卵孵化后，極其微小的幼蟲就會(huì)鉆進(jìn)還未成熟的綠色豆莢中，并開始啃食種子。隨著豆莢逐漸成熟，它會(huì)掉落在地上，并分裂成三瓣。其中，內(nèi)部含有飛蛾幼蟲的豆子就變成了墨西哥跳豆。

在生死間跳躍

在鉆入種子后，幼蟲會(huì)不停蠕動(dòng)著在豆莢壁上吐絲，鋪成柔軟的絲狀“襯里”，空氣與水分透過豆莢壁上的小孔滲入豆子里，共同為這位寄居者營(yíng)造了舒適而愜意的環(huán)境。但生活不可能一直這樣輕松。

由于這種灌木生活的地區(qū)炎熱而干燥，且日照強(qiáng)度很高。每當(dāng)太陽出來后，地表的溫度就會(huì)快速上升。如果放任陽光直射，高溫會(huì)使幼蟲體內(nèi)的水分快速流失，這對(duì)于幼蟲而言，是致命的。

因此它們必須努力地蜷曲身體蓄力，抓住絲襯的同時(shí)猛地伸展開，用頭撞向豆莢壁。此時(shí)，豆子就會(huì)翻滾或者跳起來。它們需要不停地跳動(dòng)，直到移動(dòng)到?jīng)鏊㈥帥龅牡胤剑@樣它們才能存活足夠長(zhǎng)的時(shí)間，等來蛻變的成蛹期。

這看上去并不難，感覺太熱，就跳、跳、跳去涼快些的陰涼地。但對(duì)于被困在“家”中、完全無法看到外界環(huán)境的幼蟲來講，每一步都事關(guān)生死。如果沒有在生長(zhǎng)前期吐出鋪在豆莢壁上的絲襯，幼蟲倒是可以在豆子里自由轉(zhuǎn)動(dòng)，可這樣它們就無法通過小爪子將自己固定在一個(gè)點(diǎn)上發(fā)力，也就不可能真正地滾動(dòng)起來。而如果它們蹦來蹦去，卻始終找不到陰涼地，也會(huì)死亡。

但只要有足夠的時(shí)間，多數(shù)跳豆總會(huì)找到一個(gè)避開陽光的臨時(shí)宜居地。美國(guó)西雅圖大學(xué)的物理學(xué)家帕沙?塔巴塔巴伊（Pasha Tabatabai）和美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家德文?麥基（Devon McKee）對(duì)此非常好奇，這些幼蟲在炎熱的天氣里是如何一步步找尋到陰涼處的。“如果我是一顆豆子，并且不在陰影里，”塔巴塔巴伊說道，“我只想知道最終找到陰影的概率是多少？”

我有特殊的前進(jìn)策略

他們最終發(fā)現(xiàn)，這些跳豆行走的軌跡遵循隨機(jī)游走策略，這項(xiàng)研究于今年 2 月 25 日發(fā)表在了《物理評(píng)論 E》（Physical Review E）上。

隨機(jī)游走策略可以追溯到 1827 年，科學(xué)家羅伯特?布朗（Robert Brown）在顯微鏡下研究飄浮在水中的花粉顆粒時(shí)，觀察到花粉在奇怪地抖動(dòng)著。布朗覺得這些花粉是有生命的。但當(dāng)他又用顯微鏡觀察明顯不是“活著 ”的塵埃顆粒時(shí)，他再次觀測(cè)到了抖動(dòng)行為。布朗始終沒能確定是什么原因讓這些非生命體動(dòng)起來。

直到 1905 年，愛因斯坦試圖在一篇論文中證實(shí)原子和分子的存在，他提出，像水這樣的流體分子會(huì)隨機(jī)移動(dòng)，并與懸浮在流體中的其他小顆粒（比如花粉或塵埃）碰撞，從而導(dǎo)致了約 80 年前布朗觀察到的微小粒子在流體中做的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) —— 布朗運(yùn)動(dòng)。

為了更精準(zhǔn)地刻畫布朗運(yùn)動(dòng)，我們可以想象自己正沿著一條直線行走。每邁出一步，就拋擲一枚硬幣，如果它正面朝上，就向前走；如果反面朝上，則后退一步。因?yàn)槊看螔佊矌诺慕Y(jié)果都獨(dú)立于其他結(jié)果，所以每次拋擲硬幣出現(xiàn)正面或反面的概率總是相同的。這也意味著，我們最終所處的位置是獨(dú)立于最初的起始位置的，也因此被稱為隨機(jī)游走。

順其自然的蟲生哲學(xué)

為了研究跳豆行進(jìn)的策略，研究人員設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，嘗試統(tǒng)計(jì)跳豆的跳躍行為，并進(jìn)行定量描述。此前一項(xiàng)研究已經(jīng)確定了 20℃到 30℃這個(gè)區(qū)間，正是跳豆幼蟲跳躍行為最活躍的理想溫度范圍。而另一項(xiàng)研究則通過統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，跳豆基本上只有翻轉(zhuǎn)、滾動(dòng)和跳躍三種類型的運(yùn)動(dòng)行為。其中，跳躍最為常見，占比約為 87%。

在這些研究的基礎(chǔ)上，麥基和塔巴塔巴伊用鋁板覆蓋了一塊電加熱墊，構(gòu)建了一個(gè)溫度受控的平面。其中，鋁板能保證均勻地散熱，利用紅外線溫度計(jì)跟蹤記錄鋁板表面的溫度，也能確保跳豆始終處于跳動(dòng)行為最活躍的溫度區(qū)間。他們還在鋁板上放置了一張白紙，方便對(duì)比成像。

實(shí)驗(yàn)一共用到了 37 顆活躍的墨西哥跳豆，分別令它們自由地跳躍一個(gè)多小時(shí)，同時(shí)兩位科學(xué)家收集了它們每一顆的位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建了計(jì)算機(jī)模擬圖像來描述每一顆豆子的行進(jìn)軌跡。

結(jié)果顯示，幾乎所有豆子的每次跳躍都發(fā)生在 10 秒內(nèi)，而它們的運(yùn)動(dòng)軌跡與隨機(jī)行走模型是一致。即使實(shí)驗(yàn)中調(diào)整了豆子與平臺(tái)平坦表面之間的摩擦程度，它們始終堅(jiān)持這隨機(jī)游走的策略。這由此引發(fā)兩位科學(xué)家的思考，隨機(jī)游走是跳豆避免陽光直射最有效的策略嗎？

通常情況下，能遍歷整個(gè)地圖的隨機(jī)游走看上去是很低效的做法。因此他們又在計(jì)算機(jī)上將不太隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)模式與隨機(jī)游走相結(jié)合，模擬了跳豆找尋陰影的過程。他們發(fā)現(xiàn)，雖然摻雜了非隨機(jī)過程的運(yùn)動(dòng)的確能讓跳豆更快找到陰影，但從整體來看，只有一小部分豆子成功了。而使用隨機(jī)游走策略，跳豆找到陰涼處的時(shí)間更長(zhǎng)，但它們成功找到陰涼處、并得以存活的可能性要大得多。

也就是說，隨機(jī)游走的確無法優(yōu)化效率，但它最大程度地減少了跳豆在樹蔭稀少時(shí)永遠(yuǎn)都找不到陰涼處的概率。

頑強(qiáng)而脆弱的幸存者

從夏末到初冬，掉落在地上的豆莢們都需要在太陽升起后，不停地跳躍，希望能找到陰涼處存活下來。直到冬天，它就可以準(zhǔn)備結(jié)繭成蛹了。但在結(jié)繭之前，這些有著鋒利口器的幼蟲還需要為成年的自己做一個(gè)準(zhǔn)備 —— 它們需要在繭的一端割開一個(gè)“逃生門”（很神奇，這些門都像電鉆打的一樣，是格外規(guī)整的圓形），方便沒有口器的成蟲能直接推開門獲得自由。

但自由或許并不是這種動(dòng)物真正的生存目標(biāo)，在蛻變?yōu)樘癸w蛾后，它的壽命只有 3 到 7 天。而如果附近沒有它們熟悉的這種灌木叢，它們也不會(huì)產(chǎn)卵。某種角度上，這也讓墨西哥跳豆飛蛾造成的經(jīng)濟(jì)損失是可控的。

這種飛蛾的幼蟲一生中大部分時(shí)間都是在近乎黑暗的環(huán)境中度過，周圍始終是同樣的墻壁，每天吃著同樣的食物。看上去安全且無所事事，但每天不得不撞頭以謀求生存的幼蟲表示：長(zhǎng)大真的很難！

參考鏈接：

• https://arstechnica.com/science/2023/02/taking-a-walk-on-the-random-side-helps-mexican-jumping-beans-find-shade/

• https://www.sciencenews.org/article/jumping-beans-strategy-shade-moth

• https://www.youtube.com/watch?v=3lkdidU79TY

• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22573786/

• https://en.wikipedia.org/wiki/Mexican_jumping_beanhttp://www.waynesword.net/plaug97.htm

本文來自微信公眾號(hào)：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的小心那些会自己跳起来的豆子，里面竟然真的有虫子的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。