我跳！我跳！我跳跳跳！

撰文 | 不周

審校 | 二七

家附近的便利店會賣一種神奇的豆子，把它握在手里，或者放在陽光充足的地面上，它會不停地搖晃、翻滾、甚至會“砰砰砰”地跳起來翻個跟斗。有時候躺在床上，把幾顆豆子裝進盒子里，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，回答自己一個問題：今晚吃什么？

這些對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小朋友內心的困惑。

事實上，許多植物都能運動，比如跳舞草葉片會上下舞動、向日葵會發生轉動、麥穗成熟后更是能“長腿跑掉”，但這些都源于植物受外界環境刺激產生的向性運動。而墨西哥跳豆的情況則有些特殊，它能跳起來是因為內部真的有一個“小司機”—— 一種飛蛾（Cydia saltitans，也稱跳豆飛蛾）的幼蟲。

墨西哥跳豆的“豆”原本是墨西哥山區一種大戟科灌木（Sebastiania pavoniana）的種子，通常呈現為棕色或棕褐色，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”就和植物無關了。在春季灌木開花之時，飛蛾會將卵產在尚在發育中的懸吊的豆莢上。在卵孵化后，極其微小的幼蟲就會鉆進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，它會掉落在地上，并分裂成三瓣。其中，內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，幼蟲會不停蠕動著在豆莢壁上吐絲，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造了舒適而愜意的環境。但生活不可能一直這樣輕松。

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

因此它們必須努力地蜷曲身體蓄力，抓住絲襯的同時猛地伸展開，用頭撞向豆莢壁。此時，豆子就會翻滾或者跳起來。它們需要不停地跳動，直到移動到涼爽、陰涼的地方，這樣它們才能存活足夠長的時間，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。但對于被困在“家”中、完全無法看到外界環境的幼蟲來講，每一步都事關生死。如果沒有在生長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動，可這樣它們就無法通過小爪子將自己固定在一個點上發力，也就不可能真正地滾動起來。而如果它們蹦來蹦去，卻始終找不到陰涼地，也會死亡。

但只要有足夠的時間，多數跳豆總會找到一個避開陽光的臨時宜居地。美國西雅圖大學的物理學家帕沙?塔巴塔巴伊（Pasha Tabatabai）和美國加州大學圣克魯茲分校的計算機科學家德文?麥基（Devon McKee）對此非常好奇，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？”

我有特殊的前進策略

他們最終發現，這些跳豆行走的軌跡遵循隨機游走策略，這項研究于今年 2 月 25 日發表在了《物理評論 E》（Physical Review E）上。

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

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

為了更精準地刻畫布朗運動，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。因為每次拋硬幣的結果都獨立于其他結果，所以每次拋擲硬幣出現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立于最初的起始位置的，也因此被稱為隨機游走。

順其自然的蟲生哲學

為了研究跳豆行進的策略，研究人員設計了實驗，嘗試統計跳豆的跳躍行為，并進行定量描述。此前一項研究已經確定了 20℃到 30℃這個區間，正是跳豆幼蟲跳躍行為最活躍的理想溫度范圍。而另一項研究則通過統計研究發現，跳豆基本上只有翻轉、滾動和跳躍三種類型的運動行為。其中，跳躍最為常見，占比約為 87%。

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

實驗一共用到了 37 顆活躍的墨西哥跳豆，分別令它們自由地跳躍一個多小時，同時兩位科學家收集了它們每一顆的位置數據，并根據這些數據創建了計算機模擬圖像來描述每一顆豆子的行進軌跡。

結果顯示，幾乎所有豆子的每次跳躍都發生在 10 秒內，而它們的運動軌跡與隨機行走模型是一致。即使實驗中調整了豆子與平臺平坦表面之間的摩擦程度，它們始終堅持這隨機游走的策略。這由此引發兩位科學家的思考，隨機游走是跳豆避免陽光直射最有效的策略嗎？

通常情況下，能遍歷整個地圖的隨機游走看上去是很低效的做法。因此他們又在計算機上將不太隨機的運動模式與隨機游走相結合，模擬了跳豆找尋陰影的過程。他們發現，雖然摻雜了非隨機過程的運動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。而使用隨機游走策略，跳豆找到陰涼處的時間更長，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，隨機游走的確無法優化效率，但它最大程度地減少了跳豆在樹蔭稀少時永遠都找不到陰涼處的概率。

頑強而脆弱的幸存者

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，它就可以準備結繭成蛹了。但在結繭之前，這些有著鋒利口器的幼蟲還需要為成年的自己做一個準備 —— 它們需要在繭的一端割開一個“逃生門”（很神奇，這些門都像電鉆打的一樣，是格外規整的圓形），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物真正的生存目標，在蛻變為跳豆飛蛾后，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，它們也不會產卵。某種角度上，這也讓墨西哥跳豆飛蛾造成的經濟損失是可控的。

這種飛蛾的幼蟲一生中大部分時間都是在近乎黑暗的環境中度過，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：環球科學 （ID：huanqiukexue）

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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