成琳嵐

如果你還以為是人類在占據(jù)著整個(gè)地球，那你可就大錯(cuò)特錯(cuò)了！

昆蟲，動(dòng)物中最成功的族群

擺在德國萊比錫大學(xué)的生物進(jìn)化學(xué)家比約恩·馮·羅伊蒙特面前的是一只少見的甲殼動(dòng)物。這只奇怪的小東西長4厘米，像只被翻了個(gè)身子的蜈蚣。要找到它可不容易，這些小東西只生活在世界上少數(shù)濱海地下沉洞的深水里。這次，羅伊蒙特跑到了位于墨西哥尤卡坦半島上的一個(gè)古老的瑪雅雨林中，才得以一窺它的真容。

蛇蛉（趙力 ? 攝）

為了找到這種甲殼動(dòng)物，羅伊蒙特直接潛入25米深的水里，再摸黑進(jìn)入一個(gè)狹窄的洞穴，洞穴里面遍布嶙峋的怪石和鐘乳石。要從表層新鮮的淡水潛到深處的咸水部分，羅伊蒙特感覺簡直就像在凡士林里面撲騰一樣難受！但正是在這兒，在這個(gè)黑暗而又景致奇絕的地底深處，羅伊蒙特找到了他的獵物——珍稀的槳足綱動(dòng)物。這些小動(dòng)物循著羅伊蒙特電筒的光聚集了過來，試圖用毒牙撈點(diǎn)兒吃的。值得注意的是，這些槳足綱動(dòng)物不僅僅是珍稀的動(dòng)物界活化石，它們還是現(xiàn)存動(dòng)物中和昆蟲關(guān)系最近的一種。而昆蟲，眾所周知，則是這個(gè)地球上把自己經(jīng)營得最成功的生物了。

在已知的動(dòng)物中，有四分之三都是昆蟲。這意味著，整個(gè)昆蟲家族有近100萬多個(gè)種類，其中還不包括科學(xué)家們估算的近400萬～500萬種待發(fā)現(xiàn)的昆蟲。然而，包括人類在內(nèi)的脊椎動(dòng)物，其種類只有7萬種左右。根據(jù)哈佛大學(xué)的昆蟲學(xué)家愛德華·威爾遜統(tǒng)計(jì)，在任何一個(gè)時(shí)刻，這個(gè)星球上都同時(shí)存在著起碼100萬兆數(shù)量的昆蟲，即1018只昆蟲。它們遍布每一塊大陸，包括南極洲;它們能夠在空中、陸地上或是水里任意挑選棲息地;它們甚至能生活在人身上（虱子就是最典型的一種，只要沾到頭發(fā)或是羽毛上，它們就能駐扎下來）。可以說，昆蟲絕對是節(jié)肢動(dòng)物這樣的“硬骨頭隊(duì)伍”中的王者，也是現(xiàn)存所有動(dòng)物中最成功的族群。雖然它們是那么常見，但對于昆蟲為何能如此成功地統(tǒng)治地球，我們的研究才剛剛起步。

從水里到陸地

要想了解昆蟲家族，得從昆蟲的起源開始說起。槳足綱動(dòng)物就是很好的一條線索。甲殼動(dòng)物被認(rèn)為是最早一批形成的節(jié)肢動(dòng)物，在距今5.5億到5億年前的寒武紀(jì)就出現(xiàn)了。而根據(jù)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早的昆蟲化石，其化石年代被測定為4.1億年以前。但是，科學(xué)家分析，該化石中昆蟲的結(jié)構(gòu)已經(jīng)趨于復(fù)雜，也就是說，在更早的時(shí)期，昆蟲就已經(jīng)開始進(jìn)化了。對于昆蟲的祖先，學(xué)界曾經(jīng)認(rèn)為是多足類動(dòng)物，如陸地上的千足蟲或者蜈蚣。但德國萊比錫大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家羅伊蒙特卻提出了不同的觀點(diǎn)。2010年，羅伊蒙特發(fā)表了他的研究結(jié)果，即“槳足綱動(dòng)物才是與昆蟲關(guān)系最近的動(dòng)物”。它們擁有相似的大腦、神經(jīng)系統(tǒng)和各種蛋白質(zhì)。所有這些，都說明槳足綱動(dòng)物和昆蟲擁有一個(gè)共同的祖先。這不僅僅表明昆蟲有可能是從水中進(jìn)化而來的，更表明它們的起源比我們所認(rèn)為的更加久遠(yuǎn)。

槳足綱動(dòng)物不僅僅是珍稀的動(dòng)物界活化石，它們還是現(xiàn)存動(dòng)物中和昆蟲關(guān)系最近的一種。槳足綱動(dòng)物和昆蟲擁有一個(gè)共同的祖先。

關(guān)鍵性的證據(jù)來自于一年之后。在羅伊蒙特發(fā)表其觀點(diǎn)的第二年，德國科學(xué)家本哈德·米索夫組織起了一個(gè)成員超過百人的研究團(tuán)隊(duì)，并開始對此進(jìn)行研究。米索夫認(rèn)為：學(xué)界對于昆蟲的起源已經(jīng)爭論了近200年，是時(shí)候采取新方法一錘定音了。米索夫的團(tuán)隊(duì)隨即對整個(gè)昆蟲的進(jìn)化以及親緣關(guān)系作了大量的基因研究，并最終證明了昆蟲起源于水里。米索夫認(rèn)為：昆蟲是陸地上生活的甲殼綱動(dòng)物。不過，4.8億年前，它們才從水中到陸地上來。那個(gè)時(shí)候也是第一批陸生植物出現(xiàn)的時(shí)期。也許，正是這個(gè)原因幫助昆蟲們成功一躍。

犀牛甲蟲。昆蟲從水中躍到岸上。

不管到底是什么幫助昆蟲從水里跳到了岸上，這些早期的陸上生物都必須面臨生存環(huán)境的驟然改變帶來的挑戰(zhàn)。它們要面對隨之而來的脫水癥狀和重力的影響，要適應(yīng)在空氣中呼吸，要在日間巨大的溫差中調(diào)節(jié)體溫，還要接受日光的輻射……雖然強(qiáng)硬的骨骼確實(shí)是個(gè)優(yōu)勢，但真正陸生昆蟲的進(jìn)化還是花費(fèi)了好幾百萬年的時(shí)間。而且，有些現(xiàn)存的原始物種如蛀蟲等，仍然需要一個(gè)潮濕的環(huán)境才能生存。不過，陸地上的生活也并非全是挑戰(zhàn)。陸地上的食物資源豐富，相對在水里，掠食者的數(shù)量也少很多。米索夫團(tuán)隊(duì)所做的基因研究表明，隨著生命大爆發(fā)的出現(xiàn)，昆蟲也在距今 4.4億年時(shí)開始了自身的進(jìn)化，并在后來一步步升級成為現(xiàn)在的模樣。

飛上天空

最早的昆蟲化石是在英國阿伯丁郡的萊尼礦區(qū)附近的山間發(fā)現(xiàn)的。這里的巖石簡直就是化石寶庫。不管是微型的蜈蚣、螨蟲，還是蜘蛛和雜亂的斷枝，都在4.1億年前被富含硅的火山熱泉所石化并保留了下來。2004年，美國科學(xué)家邁克爾·恩格爾在這些化石中有了新的發(fā)現(xiàn)。在用顯微鏡觀察其中一塊化石的時(shí)候，恩格爾驚呆了。他看到一處被保留得十分完整的昆蟲口器，而且還是有翅昆蟲所特有的口器。恩格爾興奮地評價(jià)道：“這可是我們揭開飛蟲廬山真面目的第一步！”雖然化石中昆蟲的翅膀未能完好保存下來，但所有的證據(jù)都表明，萊尼蟲極有可能是一種已經(jīng)進(jìn)化得比較高級的飛蟲。這說明，早在生命大爆發(fā)時(shí)期，即4.4億年前，有翅昆蟲就出現(xiàn)了。曾幾何時(shí)，人們所找到的最早的有翅昆蟲化石，其年代僅為3.24億年前，由于萊尼蟲化石的出現(xiàn)，世界上最早的飛蟲出現(xiàn)時(shí)間一下就被提前了8000萬年！而這一點(diǎn)，也正與米索夫的基因研究結(jié)果完美吻合。

那么，又是什么原因促使昆蟲飛上了天空呢？恩格爾認(rèn)為，在那個(gè)時(shí)期，沼澤邊的昆蟲會攀上附近植物長長的莖，從而獲取植物的孢子為食。而當(dāng)它們朝下返回的時(shí)候，就會發(fā)現(xiàn)用滑行的方式更加便捷。像蠹蟲這樣原始的不會飛的昆蟲，在其前胸都長有一對類似翅膀的小葉，以便在下落的時(shí)候能有所控制?；蜓芯恳脖砻鳎岚蚝芸赡軄碜杂谶@些位于前胸的小葉的擴(kuò)張和延伸，以及控制移動(dòng)的四肢關(guān)節(jié)的發(fā)展和進(jìn)化。

在翼龍出現(xiàn)之前的兩億年間，昆蟲是第一個(gè)、也是唯一一個(gè)進(jìn)化出飛行能力的物種。有了翅膀，它們就能夠更容易地獲取食物、尋找伴侶、尋找新的棲息地，更有效地躲避掠食者，并調(diào)節(jié)自身的體溫……就這樣，有翅昆蟲越來越多。在距今3.23億至2.52億年前的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)之間，天空中布滿飛行的昆蟲，其數(shù)量之大，令人嘆為觀止，就像個(gè)熱鬧的動(dòng)物園一樣。同一時(shí)期里，曾經(jīng)矮小的植物長成了參天大樹，富含煤的沼澤森林一度延伸到了赤道附近。在那里，有著蕾絲花邊般翅膀的古網(wǎng)翅昆蟲攀在植物的莖上，用它們長長的喙吸食著植物莖中豐富的汁液;龐大的巨蜻蜓四處搜尋著自己的獵物;如今常見的一些如蜉蝣等昆蟲也在那里覓食。但是，那時(shí)的有翅昆蟲都有著十分突出的翅膀，即使在休息時(shí)也不能合攏。這可帶來了不小的困擾，不僅使得它們更容易受傷，也大大限制了它們的生活環(huán)境。

蝴蝶，昆蟲從陸地飛上天空。

這些古老的有翅昆蟲橫行一時(shí)，但最終，在森林下方小小的地面上，新型的有翅昆蟲崛起了。它們有著新進(jìn)化出的關(guān)節(jié)，能夠在不使用的時(shí)候?qū)⒆约旱某岚蛘郫B起來，從而找地方隱藏自己，還能在自己祖先完全不能適應(yīng)的區(qū)域生存下去。例如最著名的蟑螂，看看，現(xiàn)在你都還能見到它們在竄呢！

雖然我們知道，接下來的故事不會錯(cuò)過昆蟲進(jìn)化史上最重要的一個(gè)篇章，但這一點(diǎn)的重要性直到幾年前才被人們正確認(rèn)識到。在煤沼里所挖掘出來的化石中，學(xué)者們一度被那些詭異的小爬蟲所迷惑，而忽略了另一些重要的東西。安德烈·內(nèi)爾，這位來自巴黎自然歷史博物館的學(xué)者卻沒有放過任何一個(gè)角落。他把那些來自3.1億年前的化石拿來仔細(xì)琢磨，發(fā)現(xiàn)有些昆蟲化石只能在顯微鏡下才能被觀察到。雖然這些化石微小的體型掩蓋了它們的特征，但這并不妨礙它們成為最古老的經(jīng)歷完整變態(tài)發(fā)育的昆蟲化石。

注：萊尼蟲（Rhyniognatha），英國科學(xué)家于1928年在蘇格蘭萊尼地區(qū)一處古老的紅色砂巖發(fā)現(xiàn)了最早的昆蟲化石?；械睦ハx沒有飛行能力，但是與有翅膀（羽毛）的昆蟲相同的派生性狀，這對研究昆蟲的翅膀（羽毛）的起源有重要的意義。

昆蟲的成功秘技——變態(tài)

昆蟲的外形基本上是由它們不可彎折的骨骼所決定的。但在此之前，它們會經(jīng)歷一系列的幼蟲階段。每一個(gè)階段都會伴隨一次蛻皮，以使得體型隨之逐漸變大。與之相比，完整的變態(tài)發(fā)育過程則會把昆蟲的整個(gè)生命周期劃分為幾個(gè)特定的階段，如主要吸取養(yǎng)分的幼蟲階段，或是主要負(fù)責(zé)繁殖的成蟲階段。完整的變態(tài)發(fā)育過程，即有著幼蟲、蛹和成蟲三階段的昆蟲，是由古昆蟲的幾個(gè)形態(tài)如前若蟲、若蟲以及成蟲演化而來的。這一發(fā)育機(jī)制簡直太成功了！以至于現(xiàn)今，世界上五分之四的昆蟲都在采用這種機(jī)制進(jìn)行生長發(fā)育。不過，回到剛才我們說的那些微型化石上來。內(nèi)爾的化石原型后來不斷地演化，成為各種甲殼蟲、跳蚤、黃蜂、蜜蜂和螞蟻，但在那時(shí)，它們只能維持自身微小的存在。內(nèi)爾對此解釋道：“也許在那時(shí)，生態(tài)位被其他族群占據(jù)著，只能等到生態(tài)位被空出來，這些昆蟲才能重新繁衍壯大，使多樣化成為可能?！笔堑模ハx的時(shí)代就要到來了。

史上最大規(guī)模的生物大滅絕在2.52億年前的某個(gè)時(shí)刻降臨了。此后的幾百萬年里，四處噴發(fā)的火山，持續(xù)變暖的氣候，以及不斷降低的氧氣含量都給地球的生命保障系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的損害，致使90%的物種在這一時(shí)期滅絕了。這次，連昆蟲都受了影響。英國約克大學(xué)彼得·梅休的研究團(tuán)隊(duì)把整個(gè)昆蟲化石梳理一遍之后，得出了這樣的結(jié)論：“到二疊紀(jì)結(jié)束時(shí)，有50～110種昆蟲都已滅絕了。”像巨蜻蜓、古網(wǎng)翅目昆蟲，還有很多其他的有翅昆蟲都難逃厄運(yùn)。值得注意的是，梅休的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這次大滅絕反而促使變態(tài)發(fā)育機(jī)制的優(yōu)勢得以展現(xiàn)。采取這種發(fā)育機(jī)制的昆蟲種群繁殖力相當(dāng)強(qiáng)，可以說是堅(jiān)不可摧。

那么，這樣的機(jī)制是如何獲得如此巨大的優(yōu)勢的呢？首先，這樣的昆蟲往往體型較小，發(fā)育較快，因此繁育出新一世代所需的時(shí)間大大減少，這也使得整個(gè)種群在生存危機(jī)之后，其種群數(shù)量能夠得以迅速恢復(fù)。不僅如此，它們還有自己最厲害的絕技，那就是在幼蟲與成蟲之間，有個(gè)蛹的階段。蛹能囤積足夠的甘油糖，以抵御嚴(yán)寒和干燥的環(huán)境。因此，在環(huán)境壓力增大的情況下，相對地，蛹的成活率會大大地增加。

在三疊紀(jì)時(shí)期，即2.52億～2.01億年前，更為我們所熟知的現(xiàn)代昆蟲——甲殼蟲出現(xiàn)了。整個(gè)三疊紀(jì)都是甲殼蟲的黃金時(shí)期。它們不僅體型小，繁殖快，擁有變態(tài)發(fā)育機(jī)制，變硬的前翅還能保護(hù)后翅，保持珍貴的水分和溫暖。不管是沙漠還是池塘，北極還是熱帶，都能看到它們的身影。到現(xiàn)在，已知的甲殼蟲種類起碼有40萬種，是所有昆蟲中種類最多的。

別看甲殼蟲這么風(fēng)光，其他昆蟲也不甘落后。白堊紀(jì)時(shí)期，由于開花植物的出現(xiàn)，新一輪昆蟲大爆發(fā)開始了。這是屬于蝴蝶、飛蛾、蒼蠅、蜜蜂和螞蟻的時(shí)代。按恩格爾的話來說就是：“開花植物給了昆蟲們一張新的美食地圖。就像它們的祖先一樣，昆蟲對于到手的機(jī)會從來不放過。每個(gè)不同的時(shí)期，你都能看到昆蟲獲得新的技能，從而為整個(gè)家族增添新的面孔?！碑?dāng)6600萬年前的一顆小行星為恐龍時(shí)代畫上句號時(shí)，昆蟲依舊在繁衍生息，不斷壯大。

對于昆蟲的強(qiáng)大，恩格爾贊嘆有加：“這些昆蟲是經(jīng)歷了上億年的進(jìn)化，不斷融合自身的優(yōu)勢才形成了現(xiàn)在的規(guī)模，才擁有了統(tǒng)治世界的能力。”是的，昆蟲族群的確擁有無與倫比的壽命和創(chuàng)新性，有著強(qiáng)大的適應(yīng)力，還有持續(xù)不斷的進(jìn)化。它們的多樣性以及生存的智慧都會使它們屹立不倒。即使在今天，當(dāng)其他物種還在為全球氣候變化焦頭爛額之時(shí)，昆蟲依然會率領(lǐng)自己龐大的家族，繼續(xù)朝前邁步。

巨型昆蟲

歡迎大家來到愛麗絲夢游仙境記，這里是距今3.2億年前的石炭紀(jì)。在這兒，有著大家都很熟悉的昆蟲朋友們，只是，它們的體型都大得嚇人。拿巨蜻蜓來說吧，它們的翅膀翼展可長達(dá)驚人的70厘米。古馬陸（又稱千足蟲）長得和現(xiàn)代的馬陸其實(shí)沒什么區(qū)別，不過它們可是比人還長的存在呢！為什么它們會長得如此巨大呢？

有一種說法是因?yàn)檠鯕狻Ｔ谶@個(gè)時(shí)期里，植物開始木質(zhì)化，產(chǎn)生木質(zhì)素。但能夠降解木質(zhì)素的物質(zhì)還沒出現(xiàn)，因此，植物多是被燒掉而不是被降解循環(huán)。結(jié)果，空氣中的氧氣含量大大增加，提高到近31個(gè)百分點(diǎn)，約是現(xiàn)在的1.5倍。昆蟲會通過自身外骨骼上的小孔呼吸，這樣氧氣能夠直接通過氣管導(dǎo)管進(jìn)入身體組織中。這本身其實(shí)是一種天然的控制身體大小的設(shè)置——由于身體越來越大，必然需要更大的氣管。但實(shí)際上，隨著氧氣的增加，昆蟲進(jìn)化了。有科學(xué)家對此專門進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的昆蟲在這樣的情況下都進(jìn)化出了更多的導(dǎo)管，以使得自己的身體長得更大。

不過，這些巨型昆蟲的繁榮沒能持續(xù)多久。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這一時(shí)期只持續(xù)了1.8億年。隨后，奇怪的事情發(fā)生了。在距今1.45億～6600萬年前的白堊紀(jì)，雖然氧氣含量還在持續(xù)上升，但巨型翼展的昆蟲種類卻已減半。那時(shí)候又是什么占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢了呢？答案是——鳥。有科學(xué)家感嘆道：“要是沒有鳥在旁邊，估計(jì)現(xiàn)在有些蟲子會長得比以前還要大得多！”

禍害還是恩賜？

討厭昆蟲的理由是很多的。它們會傳播這世界上最致命的疾病，像傷寒或是瘧疾的傳播都少不了它們的推波助瀾;有些則會損壞莊稼，蛀壞樹木;而有刺昆蟲和寄生蟲簡直就是人類的噩夢。不過，我們注意到，只有千分之一的昆蟲是害蟲，大多數(shù)昆蟲都是無害并且對人有益的。

例如，昆蟲為全球近五分之四的莊稼授粉，換算過來就是，世界上近三分之一的糧食產(chǎn)量里都有它們出的一份力，更別提我們自家花園里的園藝植物了。我們還從昆蟲那里采集蜂蜜，繅制絲綢，提取顏料和蜂蠟。要是沒有它們?yōu)槲覀兎侍?、凈化殘?jiān)蛷U物，光靠我們自己還真有些不知道該怎么辦呢！另外，它們還富含蛋白質(zhì)，可以成為重要的食物來源。果蠅一直在實(shí)驗(yàn)室里勤勤懇懇地工作，與其他昆蟲一起為醫(yī)學(xué)科技的突破做著自己的貢獻(xiàn)。還有些詭異的小爬蟲，專門在尸體上轉(zhuǎn)悠，它們可是破獲罪案的一把好手哦！