甘蔗害虫产生泡沫以保护自身免受高温

夏季，在巴西甘蔗种植园的植物根部附近经常可以看到微小的泡沫球。泡沫保护根sp sp的若虫，Mahanarva fimbriolata是整个Neotropics中作物和牧场的主要害虫。

圣保罗大学Luiz de Queiroz农业学院(ESALQ-USP)的研究人员与同一所大学圣卡洛斯物理研究所(IFSC-USP)的同事合作，发现Mahanarva fimbriolata生产泡沫以保护自身免受温度影响外部环境的波动。

泡沫球内的温度与土壤的温度相似，是昆虫发育的理想选择，因为即使在太阳加热的情况下，它在白天仍保持恒定。描述该研究的文章已发表在科学报告中。

“自20世纪50年代以来，由spittlebug产生的泡沫用于体温调节[保持最佳体温]的理论已经存在，但直到现在才得到证实。我们通过直接分析获得了证据，”JoséMaurícioSimões说道。 Bento，该研究的合着者。

研究人员已经观察到2016年禁止收获前甘蔗燃烧后，圣保罗州甘蔗种植园的蝇蛆数量急剧增加。在11月到3月的夏季，当大气湿度低，土壤因雨季而潮湿时，泡沫中的若虫通常出现在根部周围。

为了确定泡沫是否确实在昆虫发育成熟阶段之前的这一关键阶段确实提供了热保护，研究人员进行了实地试验，监测泡沫内外的温度以及甘蔗种植园内的土壤温度。圣保罗州的皮拉西卡巴地区是一个温暖的夏日，气温明显波动。

他们的分析表明，虽然外部温度范围从24.4摄氏度到29.2摄氏度，但泡沫内部的温度在全天约25摄氏度时保持恒定，这对于若虫阶段来说是理想的，与典型的土壤温度相似。

“我们证实泡沫在这个发育阶段为昆虫提供了热保护，”博士Mateus Tonelli博士说。ESALQ-USP的昆虫学学生和该研究的另一位合着者。

体温调节机制

为了在高于现场温度的温度下测量泡沫的耐热性，FAPESP支持的研究包括一个实验室实验，其中泡沫覆盖的蝇蛆若虫被放置在加热到32摄氏度和33摄氏度之间的植物生长室中。

分析表明，当生长室中的温度为32℃时，泡沫内部的温度低约2℃，在30℃的范围内，并且泡沫的结构保持完整。

“我们观察到泡沫充当了一种体温调节机制，使若虫周围的温度保持在32摄氏度以下，温度对昆虫来说是致命的。总之，泡沫是一种微生境或微环境，其中温度较低无论外部温度波动如何，外面都保持不变，“Tonelli说。

研究人员还分析了泡沫的化学成分，以确定与泡沫产生和稳定性有关的化合物。

他们发现了大量的棕榈酸和硬脂酸以及蛋白质和碳水化合物。这些物质起表面活性剂的作用，通过降低表面张力和调节气泡大小和基于粘度和弹性的分布来稳定泡沫。碳水化合物和蛋白质之间的相互作用产生稳定的薄膜，使昆虫周围的泡沫变硬并稳定。

“泡沫的化学成分使气泡具有刚性结构，直到现在才被人们所了解，”Bento说。

泡沫包含来自甘蔗汁液的液体，其上若虫进食，其与空气，棕榈酸和硬脂酸混合，以及蛋白质和碳水化合物，其降低表面和界面张力以形成乳液。

为了生产泡沫，spittlebug若虫使用其口器来刺穿甘蔗植物的根部到木质部，传输树液的组织，并吸出液体。这种液体的一部分与昆虫的Malpighian小管中存在的其他物质混合，这是其主要的排泄器官。

若虫通过将空气吸入腹部的腹腔产生泡沫。这种空气与Malpighian小管中的表面活性剂分子和液体混合，在腹部的末端部分形成气泡。

“系统发育研究表明，蜕皮大约2亿年前从蝉进化而来，蝉在若虫阶段形成了一条地下隧道，使其能够在有利的热条件下生存多年。它的体温保持恒定，没有任何隔热机制。由spittlebug若虫产生的泡沫可以作为昆虫的“土壤延伸”，“Bento说。

“与蝉的腿不同，spittlebug若虫的前腿不够坚固，不能钻入土壤，以保持恒定的温度。蝇蛆若虫有一个微妙的角质层，没有泡沫提供的保护，它将容易受到环境因素，如高温和低湿度。“

根据Bento的说法，泡沫的物理和化学性质的知识可以通过开发防止spittlebug若虫形成泡沫的化合物来控制害虫。

“目前，还没有任何能够消除泡沫的商业化合物，”他说。

另一种可能性是开发受泡沫启发的热绝缘体。