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毛毛虫变成蝴蝶后，还记得之前的事吗？
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自然博物

毛毛虫变成蝴蝶后，还记得之前的事吗？

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06月11日 10:55

你小时候有没有想过这个问题：一只毛毛虫，辛辛苦苦吃叶子长大，然后把自己裹进蛹里，过段时间钻出来——变成了一只外形完全不一样的蝴蝶。

化茧成蝶的过程

化茧成蝶的过程（图片来源：pennstate） 

那么问题来了：它还记不记得自己当毛毛虫时的事？

比如，它还记得哪片叶子好吃吗？还记得差点被鸟吃掉的那次惊险经历吗？

科学家也很好奇。于是他们做了一个……有点“变态”的实验。

蛹里到底发生了什么

你可能觉得，毛毛虫变蝴蝶，就像蝌蚪变青蛙——慢慢长出腿，尾巴慢慢缩回去，挺温和的。

根本不是。

真相比你想的要“血腥”得多。

毛毛虫在蛹里干的事情，用四个字形容就是——

自我消化。

没错，它把自己给“溶解”了。

毛毛虫体内有一种叫“组织溶解酶”的东西，一旦时机成熟，它就开始分解自己的幼虫组织。肌肉、内脏、甚至一部分神经系统……全部化成了一锅“细胞汤”。

不是比喻。是真的...变成了一锅糊糊，就像你看到的蚕蛹里的那堆蛋白质。

 蚕蛹里的“细胞汤”

蚕蛹里的“细胞汤”（图片来源：哔哩哔哩 老郭美食） 

那你可能要问了：都化成汤了，那蝴蝶从哪来？

答案是：毛毛虫体内一直藏着另一套“备用系统”。

科学家管它叫成虫盘。你可以理解为——毛毛虫的身体里，一直住着一个“沉睡的蝴蝶”。

在毛毛虫活着的时候，这些成虫盘细胞被保幼激素所抑制，处于休眠状态。等到毛毛虫把自己溶解成汤，这些成虫盘细胞就像被激活了一样，开始疯狂吸收这锅“营养汤”，然后长出翅膀、复眼、长长的腿、卷曲的口器……

也就是说，一只毛毛虫的身体里，其实装着两套生命系统。一套是“幼虫模式”，负责吃吃吃长大，积累营养物质；另一套是“成虫模式”，一直沉睡，等待时机。

 成虫器官对应的成虫盘

成虫器官对应的成虫盘（图片来源：网易新闻） 

化蛹的那一刻，就是两套系统交接的时刻。

幼虫把自己拆了，用拆下来的材料，组装成一只蝴蝶。

听起来是不是有点像……科幻片里那种“身体被分解重组”的情节？

“把蛹切成两半”的惊悚实验

那记忆呢？记忆储存在哪里？

如果毛毛虫的大脑也被溶解了，那记忆岂不是也跟着消失了？

为了搞清楚这个问题，科学家做了一个令人毛骨悚然的实验。

20世纪中期，哈佛大学的生物学家卡罗尔·威廉姆斯教授对天蚕蛾的蛹做了一系列“分割实验”：

他直接把蛹拦腰切断。

结果令人震惊——上半截继续发育，变成了一只正常的蛾子。而下半截，完全停止发育，最终死亡。

更神奇的是，如果把切断的两截用一根透明管子重新连起来，让体液能够流通，结果这半截蛹又能完整发育成成虫。

 虫蛹发育实验

虫蛹发育实验（图片来源：neperos） 

这个实验证明了两个重要的事实：

第一，控制变态发育的关键激素，来自上半身（具体来说是大脑和前胸腺）。

第二，蛹并不是一个被动的“休眠容器”，而是一个高度协调的“重建工厂”。

但最让人好奇的问题还没解决：

记忆呢？大脑都溶解了，记忆真的还能保留吗？

记忆实验：让幼虫学会讨厌某种气味

2008年，美国乔治城大学的科学家设计了一个非常聪明的实验。

他们找来了烟草天蛾的幼虫。

 烟草天蛾的幼虫

烟草天蛾的幼虫（图片来源：FacebookInsect Identification） 

第一步：训练幼虫。

科学家在幼虫面前放两种气味——

一种是乙酸乙酯，闻起来像指甲油的味道；

另一种是松节油，是绘画稀释剂和油漆溶剂的气味。

这两种气味本身都不会对幼虫造成刺激。

然后，每当幼虫闻到乙酸乙酯的气味时，科学家就给它一次轻微的足部电击。而闻到松节油时，什么事也不会发生。

没过多久，幼虫就“记住”了：只要空气中飘来指甲油味，就意味着“危险来了”。它们会主动把头扭开，身体蜷缩，躲避那种气味。

而对于松节油味，它们没有反应。

第二步：等幼虫化蛹。

这一步需要耐心。幼虫变成蛹，再变成蛾子，整个过程大概需要几个星期。

第三步：测试蛾子。

当蛾子破蛹而出后，科学家再次在它们面前分别放出乙酸乙酯和松节油的气味。这次没有电击。

结果你猜怎么着？

这些蛾子仍然会主动避开乙酸乙酯（指甲油味）。

而对松节油味，依然没有反应。

 经过对5龄幼虫的气味+电击处理，成虫会躲避这种气味

经过对5龄幼虫的气味+电击处理，成虫会躲避这种气味（图片来源：journals.plos） 

它们记得。清清楚楚地记得：那种指甲油味道 = 危险。

科学家还做了严格的对照组实验，排除了所有化学残留的可能性——确保蛾子不是靠体内残留的气味分子来“闻到就躲”，而是真正动用了跨越了变态期的长期记忆。

这个实验结果发表在了《PLoS ONE》期刊上。

也就是说：一只烟草天蛾在幼虫时期学到的东西，穿越了“自我溶解”+“身体重建”这一堪称科幻级别的转变之后，仍然保留了下来。

记忆是怎么保留下来的？

那问题来了：大脑都溶解了，记忆怎么没丢？

科学界目前没有百分之百确定的答案，但有几种主流假说：

假说一：记忆被“备份”了

可能毛毛虫神经系统中的某些关键神经元并没有完全溶解，而是被“保留”了下来，作为成虫神经系统重建时的模板。就像是拆卸一栋房子时，先把承重墙的位置标记好，然后再拆除重建。

 科学家推测，昆虫大脑中的“蘑菇体”（图中湖蓝色结构）是记忆的存储中心。在变态过程中，蘑菇体的核心神经元并未溶解，而是被保留下来。

科学家推测，昆虫大脑中的“蘑菇体”（图中湖蓝色结构）是记忆的存储中心。在变态过程中，蘑菇体的核心神经元并未溶解，而是被保留下来。（图片来源：nature） 

假说二：记忆被编码成了化学信号

另一种可能是，学习经历改变了某些特定的激素或蛋白质的信号模式，这些化学信息在蛹期被“保存”了下来，等到成虫神经系统重建时，这些信号就像是一串编码，重新激活了之前的行为模式。

假说三：成虫盘提前“偷看”了学习内容

还有一种更激进的假说：成虫盘细胞在幼虫时期就已经和神经系统有某种通信，学习经历可能直接在这些休眠细胞中留下了“印记”。

不管哪种假说正确，这件事本身已经足够震撼：

记忆可以跨越身体的彻底解体而存在。

这意味着什么？

这件事其实挺细思极恐的。

你想想：如果一只毛毛虫的大脑被溶解成汤，记忆还能保留下来——那“自我”到底是什么？

我们通常觉得，“我”就是我的大脑，我的记忆，我的身体。但如果身体被彻底拆解重组，记忆依然存在，那说明“我”比我们想象的要更“抽象”？

这是一个生物学问题，也是一个哲学问题。

不过至少有一点可以确定：

当你在花园里看到一只翩翩起舞的蝴蝶，别以为它不记得过去。

它可能清清楚楚地记得，自己曾经是一只圆滚滚、在叶子上啃啃啃的毛毛虫。

只是它现在有了翅膀，不会再回头了。

 化茧成蝶

化茧成蝶（图片来源：discover wildlife） 

就像作家埃克哈特·托利说的：毛毛虫眼中的世界末日，智者称之为蝴蝶。

你所经历的那些“溶解”，那些让你觉得快要撑不下去的时刻——

也许，只是在为翅膀腾出空间。



 

 

参考资料：
[1]. neperos → Retention of Memory through Metamorphosis: Can a Moth Remember What It Learned As a Caterpillar?
[2]. plos.org → Carroll Williams: experiments on the metamorphosis of butterflies
审核专家：
蝴蝶毛毛虫变态发育
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