白蟻 啟發人類 生活的社會性昆蟲

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白蟻 啟發人類 生活的社會性昆蟲

白蟻的出現其實是一個指標,提醒我們作物已經不健康了。

李後鋒

 

白蟻是台灣都市與野外生態系中常見的昆蟲,每年春末夏初近晚時分,常見大群有翅型白蟻繞著燈光盤旋。這些在大雨前後分飛的白蟻,俗稱大水蟻。每一對大水蟻都有機會成為蟻王、蟻后,在未來的七、八年內建立一個數百萬個體的龐大王國。

白蟻是一種令人聞之色變的木材害蟲,國人大都有親身抗蟻的經驗,其實牠對地球生態也有非常重要的貢獻。本文從生態學的觀點,來談白蟻在自然界中扮演的角色,從益蟲變成害蟲的原因,還有對人類生活的啟發。

 

新一代的發電機

地球上的能源多來自太陽光,惟能捕捉這些能量的莫過於綠色植物,它們透過光合作用,把光能轉化成化學能儲存在各類型的化學分子內,其中纖維素占植物體的比重最多,有50%以上。纖維素是由數百到數萬個葡萄糖分子以糖苷鍵串連在一起的大分子醣類,它又與半纖維素、木質素等結構複雜的大分子組成植物的基本骨架。其結構複雜而穩定,不溶於水,有很好的支撐性,是植物維管束的主要成分。

而基本單元葡萄糖則具高水溶性,容易被各類生物細胞吸收,是能量來源也是新陳代謝的重要中間產物。如果把在細胞間、個體間、物種間與生物鏈間快速進出的葡萄糖比喻成可以在市場上快速流動的現金,纖維素、半纖維素與木質素這類大分子醣類就好比是土地與房屋這類的不動產,雖價值不斐,但不容易在市場上流動,並非所有生物都能使用。

 

神奇的是白蟻是少數能把這些不動產轉化成現金的生物,白蟻透過自體或共生微生物所產生的酶,把這些複雜的大分子醣類分解成小分子,以獲得能量並維持新陳代謝。被分解的纖維素大部分以二氧化碳的形式釋放到空氣中被植物捕捉,再透過光合作用把這些碳分子合成纖維素與其他醣類。由以上描述可知,植物光合作用的吸能與固碳反應,與白蟻分解纖維素的釋能與釋碳反應,在碳循環與能量循環中扮演重要的角色。

近年能源危機再起,科學家積極尋找新的替代能源,其中一個熱門的議題就是破解白蟻分解纖維素的祕密。科學家認為如果能把大分子的醣類轉化成小分子的糖類,再使小分子糖類發酵成酒精,就可以燃燒酒精來發電。透過這機轉,地球上各式植物的纖維素就可以轉化成能源了。

這個想法看似簡單,但是過程並不容易。因為白蟻分解纖維素其實是透過很複雜的生化過程,其消化系統就如同一個個相連的化學反應槽,每個槽內有著不同的酸鹼度,從酸(pH = 5)到鹼(pH > 10)都有,且裡面還住著數萬種不同的共生微生物,以協助其分解纖維素。但是這些共生物大多無法在體外培養,想了解牠們的功能相當不易,距離成功建立仿白蟻腸道的發電機,還有一段漫長的路要走。

台灣土白蟻是台灣最重要的都市害蟲,牠們的社會結構主要由3 個階級組成:(A)有翅生殖蟻,在初夏分飛,俗稱大水蟻,落地後脫翅,建巢後成為蟻王或蟻后;(B)工蟻,巢中最主要的階級,負責巢內照護幼蟻與巢外搜尋的工作;(C)兵蟻,占巢內個體數5%以下,負責抵禦天敵。

從清道夫變成毀滅者

在3 億年前的石炭紀,在巨大蕨類所形成的森林中已經可以發現屬於雜食性也是分解者的蟑螂。其中有一群特化的木蟑螂,其腸道中畜養著可分解纖維素的原生動物,兩者形成互利共生的模式。取食纖維素所產生的養分大多是糖類,雖然可提供活動所需的能量,卻缺乏建構生物體所需要的蛋白質,因此這類木蟑螂成長速度非常緩慢,從卵孵化後到成蟲需要六、七年的時間。

由於營養的限制,這類蟑螂逐漸演化出護幼的行為,因為群居比較容易存活,所以兩個以上的世代會共同生活在同一巢中。大約1 億3 千萬年前,這類蟑螂已演化出巢中具有專門生殖的個體,巢內其他工作則由兒子、女兒來做,其中年長的哥哥、姊姊會照顧弟弟、妹妹,這一類最進化的社會性蟑螂就是白蟻的祖先。

在大自然中,白蟻長期扮演著植物分解者的角色,特別是對熱帶與亞熱帶的生態系來說,牠們推動著碳與能量的循環,使森林中不至於堆滿腐木枯葉。人類在從原始走向文明與科技的過程中,一直倚賴著植物原料,木材是最重要的建材,棉花用來製衣,木漿用來造紙,生活中處處可見植物的產品,然而這些都是白蟻潛在的食物。

熱帶地區一年四季有充足的陽光與豐富的自然資源,照理說應該很適合人類的生存與文明的發展,但反觀人類文化的發展,熱帶地區卻少有長久的文明。雖然熱帶地區疾病比較多,不適人居可能是一原因,但另有一說,由於人類知識的累積與散播須倚賴紙張,而大部分的白蟻種類都分布在熱帶與亞熱帶地區,並在當地造成嚴重危害,因此在熱帶地區很難找到古老的文獻與木建築。

二次大戰後,人口急速攀升,不只糧食與耕地需求增加,木材與紙的使用量也增加了,使得森林面積持續減少,降低二氧化碳吸收量,溫室效應持續惡化。目前已知的3 千種白蟻,約6%的種類因適應人類都市與農業的形式,快速地繁衍而變成害蟲。白蟻把木材分解,大部分的纖維素變成二氧化碳進入大氣中,使得溫室效應更加嚴重。

由於白蟻的為害,木材的壽命減短,人類為了更替被白蟻蛀食的木材與紙張,繼續砍伐森林,造成固碳量下降與釋碳量上升,大自然的碳平衡也隨之傾斜。大量砍伐森林與白蟻嚴重為害,又造成溫室效應惡化,這一惡性循環很可能是對維繫人類文明的另一次威脅。

打開了潘朵拉的盒子

白蟻的群體數量依種類可以從數千隻到數百萬隻,群體的壽命從一對蟻王與蟻后建巢後可達數十年。群體活動的範圍可以從一塊木材到上百公尺的複雜隧道系統,但是群體並不會進行大規模的遷徙。也就是說,當蟻王與蟻后選定了築巢的地點,未來的很多年,這群體就會生活在那個區域。

白蟻拓展到其他地區的主要方式,是靠產生有翅膀的生殖型。在台灣,大家比較熟悉的是每年春末夏初,大雨來臨前後,黃昏初夜,常見大批正在分飛的大水蟻被燈光所吸引,這些就是白蟻的有翅生殖型,也就是未來的蟻王與蟻后。

這些有翅白蟻,有形狀相似的四片翅膀,飛起來相當不協調,跟其他昆蟲比起來,飛行力很弱,因此常可以用手抓住。白蟻最長飛行距離紀錄僅有800 公尺,因此要跨過天然屏障(例如高山、海洋等)的可能性不高。雖然也有紀錄顯示有些白蟻可以隨著漂流木散播到遙遠的小島,但這些僅是少數。

少數的白蟻物種因為適應人類的環境變成了害蟲,他們原本無法跨過天然的屏障,所以為害的地區很有限,但由於交通的日益發達,白蟻害蟲隨著交通工具被攜帶到原本無法抵達的區域,因而擴大了為害範圍。其中最著名也研究得最透徹的,就是台灣家白蟻由遠東地區傳播到美國的事件。

台灣家白蟻的原生地在中國東南方與台灣,且已有數百年的為害歷史。二次世界大戰期間,美國在中國、台灣與日本都有駐軍,戰爭結束後,撤離的部分軍備有台灣家白蟻的為害。這些白蟻原本無法飄洋過海到美國,但是由於船隻提供安全的環境,船身的部分建材是可供作食物的木材,加上船上有儲水或因下雨而累積的淡水,部分白蟻就存活下來。

待船隻靠港後,被害的軍備搬進了軍事基地,台灣家白蟻也就跟著登堂入室了。另外一些留在船上的白蟻,由於食物與飲水充足,當族群成熟後,可以產生有翅生殖型。由於夜間碼頭有燈光照明,白蟻就被吸引上岸,在碼頭附近開始擴散開來。

2017-09-25T14:20:13+08:00 25 9 月, 2017|白蟻|