在昆蟲學家眼中，千足蟲（馬陸）不僅因為它們數量眾多的對足而出名，更神秘的是它們撲朔迷離的交配過程。此前，昆蟲學家嘗試利用它們脫落的外殼研究千足蟲的交配過程，但一直未能成功。現在，昆蟲學家索性拿起了最高清的成像技術直接記錄它們的生殖器官。。。

這幅紫外線增強圖展示了兩隻維持交配姿勢的千足蟲 。圖片來源：STEPHANIE WARE

去年夏天，演化生物學家Xavier Zahnle邀請研究千足蟲（學名馬陸）的同事一起開展了一項可視化研究。當時，加州大學戴維斯分校的博士生Zahnle剛剛製作出了雄性Pseudopolydesmus serratus千足蟲生殖器（或稱生殖肢）罕見的內部結構的數字化圖像。Zahnle的合作者仔細研究了這來之不易的圖片，並試圖破解一個已經提出了數十年的問題：雄性千足蟲是如何釋放精子的？

之所以這個問題如此難以回答，是因為千足蟲的交配過程很難被觀察到——性行為的具體細節會被晃動的足所隱蔽。雌性千足蟲的生殖器位於從頭部向後的第三體節處。在準備交配時，雌性千足蟲會將其從足下推出。這時，雄性千足蟲會用自己的許多對足抓住雌性千足蟲，用兩個長度僅為1毫米的生殖肢卡住雌性千足蟲，然後將一個生殖肢表面的多毛短管插入雌性千足蟲體內。

早在1931年，研究千足蟲的學者就提出假設：千足蟲生殖肢中一個叫做細精管的導管可以直接將精子通過細管運送至雌性千足蟲體內。Zahnle團隊在2019年的一篇關於Pseudopolydesmus屬千足蟲的綜述中也對該觀點表示了支持。但是一直以來，都沒有人能夠證實該觀點。

這幅3D 模型是利用顯微CT製作的，圖片展示了雌性的外生殖器（綠色-青綠色）和雄性的外生殖器（橘黃色）。圖片來源：XAVIER ZAHNLE

為了用事實證明上述猜想，Zahnle和芝加哥菲爾德自然博物館蜘蛛與多足動物副館長Petra Sierwald以及其他同事決定使用更精湛的成像技術，例如掃描電子顯微術和紫外熒光成像。他們直接在菲爾德博物館的館藏樣品中應用了這些技術，其中就包括在一對正保持交配姿勢的P。serratus千足蟲樣品。得益於此，研究團隊對千足蟲的交配過程有了全新的認識。

在觀察千足蟲內部結構的過程中，顯微計算機斷層掃描技術（Micro-CT）起到了重要作用，該方法通過對樣本進行X線照射，能產生一系列不同灰度的圖片，而密度較高的部位，在圖片中會更亮。與之配套的還有一套電腦程序，可以將這些圖片編譯為像素區塊，這樣研究人員就能指示程序對不同結構的區塊著色，構建出樣品的3D複製品。研究員可以從“各個角度”對樣品的模型進行研究，Zahnle說：“你真的可以感受到生殖器部位是如何構成的，哪裡挨著哪裡都很清楚。”

Zahnle的顯微CT圖像顯示，雄性千足蟲釋放精子的方式遠比之前預想的要曲折，細精管並不會筆直地通向多毛短管的出口。根據圖像，當精子通過多毛細管後，會被釋放到一個腔隙中，然後，精子才會被釋放出多毛細管。Zahnle說，細精管“構成了一個完整的環，這完全是千足蟲有意為之的”，並且“這和我們在2019年發表的文章中提到的觀點完全相反。我們錯了。”他和研究團隊在今年年初，將全新的結果發表在了在《節肢動物結構與發育》上。

Javier Alba-Tercedor是西班牙格拉納達大學的水生生物學家，雖然他並未參與這項研究，但他表示Zahnle的研究“是利用Micro-CT開展研究的優秀案例。”Alba-Tercedor曾利用Micro -CT開展研究獲得過獎項，他說，在此過程中最耗費時間的還是對不同結構著色的環節。但一旦完成了這一步，其他研究者就可以利用這一數據庫對樣本的新結構進行研究。

事實上，Sierwald認為Micro-CT改變了對千足蟲的研究模式。她早在1997年就開始研究千足蟲，但當時Micro-CT還非常罕見，更別說用在昆蟲學研究中了。她最初計劃通過脫下的外殼對雌性千足蟲的生殖部位進行研究，但由於“千足蟲會吃掉它們蛻下來的殼”，這項研究失敗了。沒有Micro-CT，“就意味著需要殺死許多千足蟲來進行解剖，”她說。然而有了Micro-CT，就不需要解剖這些昆蟲了。也就是說，因實驗而死掉的千足蟲數量會大大減少，並且我們還可以對完整的動物進行研究。“這是很酷的一件事。”她還說，Micro-CT極大地幫助了她了解昆蟲的性器官如何工作。

Sierwald說，長久以來，團隊都希望成像技術可以幫助研究者區分千足蟲的種群， 展示它們的地理分佈，並且了解不同種類的千足蟲是如何與其它類別的千足蟲產生聯繫的。

Thomas Simosen是丹麥奧爾胡斯自然歷史博物館的昆蟲學研究員和館長。他說，這項新研究“非常棒”，並且同樣認為該方法可以幫助到千足蟲研究。他認為，對於“認識節肢動物的多樣性和進化”而言，形態學研究與DNA研究一樣重要。

Zahnle現在將關注點放在了雄性千足蟲上。對他來說，千足蟲向人們展示了無數的外觀形式和自身功能。它們不只是有很多條“腿”，他表示，這些對足的形態從“扁平的到大圓柱形到細小絨毛樣的”都有。在利用Micro-CT取得突破性研究後，Zahnle發現自己這個領域存在大量優秀的科學家，而採用Micro-CT的昆蟲學研究員也在日益增多。他想知道，其他物種是否也有像雄性P。Serratus千足蟲一樣的精子閉環管道，他說，“我想要用圖像將這些結構都展示出來。”