昆虫以小搏大的奇迹

1、昆虫以小搏大的奇迹如果你还以为是人类在占据着整个地球，那你可就大错 特错了！昆虫，动物中最成功的族群摆在德国莱比锡大学的生物进化学家比约恩?冯 ?罗伊蒙特面前的是一只少见的甲壳动物。这只奇怪的小东西长 4 厘 米，像只被翻了个身子的蜈蚣。要找到它可不容易，这些小 东西只生活在世界上少数滨海地下沉洞的深水里。这次，罗 伊蒙特跑到了位于墨西哥尤卡坦半岛上的一个古老的玛雅 雨林中，才得以一窥它的真容。蛇蛉（赵力摄）为了找到这种甲壳动物，罗伊蒙特直接潜入25 米深的水里，再摸黑进入一个狭窄的洞穴，洞穴里面遍布嶙峋的怪 石和钟乳石。要从表层新鲜的淡水潜到深处的咸水部分，罗 伊蒙特感觉简直就像在凡士林里面

2、扑腾一样难受！但正是在 这儿，在这个黑暗而又景致奇绝的地底深处，罗伊蒙特找到 了他的猎物一一珍稀的桨足纲动物。这些小动物循着罗伊蒙 特电筒的光聚集了过来，试图用毒牙捞点儿吃的。值得注意 的是，这些桨足纲动物不仅仅是珍稀的动物界活化石，它们 还是现存动物中和昆虫关系最近的一种。 而昆虫，众所周知， 则是这个地球上把自己经营得最成功的生物了。在已知的动物中，有四分之三都是昆虫。这意味着，整 个昆虫家族有近 100 万多个种类，其中还不包括科学家们估 算的近400万500万种待发现的昆虫。然而，包括人类在 内的脊椎动物，其种类只有 7 万种左右。根据哈佛大学的昆 虫学家爱德华 ?威尔逊统计，在任何一

3、个时刻，这个星球上 都同时存在着起码 100 万兆数量的昆虫，即 1018 只昆虫。 它们遍布每一块大陆， 包括南极洲 ;它们能够在空中、 陆地上 或是水里任意挑选栖息地 ;它们甚至能生活在人身上 （虱子就 是最典型的一种，只要沾到头发或是羽毛上，它们就能驻扎 下来）。可以说， 昆虫绝对是节肢动物这样的 “硬骨头队伍” 中的王者，也是现存所有动物中最成功的族群。虽然它们是 那么常见，但对于昆虫为何能如此成功地统治地球，我们的 研究才刚刚起步。从水里到陆地 要想了解昆虫家族，得从昆虫的起源开始说起。桨足纲 动物就是很好的一条线索。甲壳动物被认为是最早一批形成 的节肢动物，在距今 5.5 亿到 5

4、 亿年前的寒武纪就出现了。 而根据迄今为止发现的最早的昆虫化石，其化石年代被测定 为 4.1 亿年以前。但是，科学家分析，该化石中昆虫的结构 已经趋于复杂，也就是说，在更早的时期，昆虫就已经开始 进化了。对于昆虫的祖先，学界曾经认为是多足类动物，如 陆地上的千足虫或者蜈蚣。但德国莱比锡大学的进化生物学 家罗伊蒙特却提出了不同的观点。 2010 年，罗伊蒙特发表了 他的研究结果， 即“桨足纲动物才是与昆虫关系最近的动物” 它们拥有相似的大脑、神经系统和各种蛋白质。所有这些， 都说明桨足纲动物和昆虫拥有一个共同的祖先。这不仅仅表 明昆虫有可能是从水中进化而来的，更表明它们的起源比我 们所认为的更加

5、久远。桨足纲动物不仅仅是珍稀的动物界活 化石，它们还是现存动物中和昆虫关系最近的一种。桨足纲 动物和昆虫拥有一个共同的祖先。关键性的证据来自于一年之后。在罗伊蒙特发表其观点 的第二年，德国科学家本哈德 ?米索夫组织起了一个成员超 过百人的研究团队，并开始对此进行研究。米索夫认为：学 界对于昆虫的起源已经争论了近 200 年，是时候采取新方法 一锤定音了。米索夫的团队随即对整个昆虫的进化以及亲缘 关系作了大量的基因研究，并最终证明了昆虫起源于水里。 米索夫认为：昆虫是陆地上生活的甲壳纲动物。不过， 4.8 亿年前，它们才从水中到陆地上来。那个时候也是第一批陆 生植物出现的时期。也许，正是这个原因

6、帮助昆虫们成功一 跃。犀牛甲虫。昆虫从水中跃到岸上。不管到底是什么帮助昆虫从水里跳到了岸上，这些早期 的陆上生物都必须面临生存环境的骤然改变带来的挑战。它 们要面对随之而来的脱水症状和重力的影响，要适应在空气 中呼吸，要在日间巨大的温差中调节体温，还要接受日光的辐射 , 虽然强硬的骨骼确实是个优势，但真正陆生昆虫的 进化还是花费了好几百万年的时间。而且，有些现存的原始 物种如蛀虫等，仍然需要一个潮湿的环境才能生存。不过， 陆地上的生活也并非全是挑战。陆地上的食物资源丰富，相 对在水里，掠食者的数量也少很多。米索夫团队所做的基因 研究表明，随着生命大爆发的出现，昆虫也在距今 4.4 亿年 时开始

7、了自身的进化，并在后来一步步升级成为现在的模样。飞上天空 最早的昆虫化石是在英国阿伯丁郡的莱尼矿区附近的 山间发现的。这里的岩石简直就是化石宝库。不管是微型的 蜈蚣、螨虫，还是蜘蛛和杂乱的断枝，都在 4.1 亿年前被富 含硅的火山热泉所石化并保留了下来。 2004 年，美国科学家 迈克尔 ?恩格尔在这些化石中有了新的发现。在用显微镜观 察其中一块化石的时候，恩格尔惊呆了。他看到一处被保留 得十分完整的昆虫口器，而且还是有翅昆虫所特有的口器。 恩格尔兴奋地评价道： “这可是我们揭开飞虫庐山真面目的 第一步！”虽然化石中昆虫的翅膀未能完好保存下来，但所 有的证据都表明，莱尼虫极有可能是一种已经进化

8、得比较高 级的飞虫。这说明，早在生命大爆发时期，即 4.4 亿年前， 有翅昆虫就出现了。曾几何时，人们所找到的最早的有翅昆 虫化石，其年代仅为 3.24 亿年前，由于莱尼虫化石的出现，世界上最早的飞虫出现时间一下就被提前了 8000 万年！而 这一点， 也正与米索夫的基因研究结果完美吻合。那么，又是什么原因促使昆虫飞上了天空呢？恩格尔认为，在那个 时期，沼泽边的昆虫会攀上附近植物长长的茎，从而获取植 物的孢子为食。而当它们朝下返回的时候，就会发现用滑行 的方式更加便捷。像蠹虫这样原始的不会飞的昆虫，在其前 胸都长有一对类似翅膀的小叶，以便在下落的时候能有所控 制。基因研究也表明，翅膀很可能来自

9、于这些位于前胸的小 叶的扩张和延伸，以及控制移动的四肢关节的发展和进化。在翼龙出现之前的两亿年间，昆虫是第一个、也是唯一 一个进化出飞行能力的物种。有了翅膀，它们就能够更容易 地获取食物、寻找伴侣、寻找新的栖息地，更有效地躲避掠 食者，并调节自身的体温 , 就这样，有翅昆虫越来越多。 在距今 3.23 亿至 2.52 亿年前的石炭纪和二叠纪之间，天空 中布满飞行的昆虫，其数量之大，令人叹为观止，就像个热 闹的动物园一样。同一时期里，曾经矮小的植物长成了参天 大树，富含煤的沼泽森林一度延伸到了赤道附近。在那里， 有着蕾丝花边般翅膀的古网翅昆虫攀在植物的茎上，用它们 长长的喙吸食着植物茎中丰富的汁

10、液 ;庞大的巨蜻蜓四处搜 寻着自己的猎物 ;如今常见的一些如蜉蝣等昆虫也在那里觅 食。但是，那时的有翅昆虫都有着十分突出的翅膀，即使在 休息时也不能合拢。这可带来了不小的困扰，不仅使得它们 更容易受伤，也大大限制了它们的生活环境。蝴蝶，昆虫从 陆地飞上天空。这些古老的有翅昆虫横行一时，但最终，在森林下方小 小的地面上，新型的有翅昆虫崛起了。它们有着新进化出的 关节，能够在不使用的时候将自己的翅膀折叠起来，从而找 地方隐藏自己，还能在自己祖先完全不能适应的区域生存下 去。例如最著名的蟑螂，看看，现在你都还能见到它们在窜 呢！虽然我们知道，接下来的故事不会错过昆虫进化史上最 重要的一个篇章，但这一

11、点的重要性直到几年前才被人们正 确认识到。在煤沼里所挖掘出来的化石中，学者们一度被那 些诡异的小爬虫所迷惑，而忽略了另一些重要的东西。安德 烈?内尔，这位来自巴黎自然历史博物馆的学者却没有放过 任何一个角落。他把那些来自 3.1 亿年前的化石拿来仔细琢 磨，发现有些昆虫化石只能在显微镜下才能被观察到。虽然 这些化石微小的体型掩盖了它们的特征，但这并不妨碍它们 成为最古老的经历完整变态发育的昆虫化石。注：莱尼虫（Rhyniognatha）,英国科学家于 1928年在 苏格兰莱尼地区一处古老的红色砂岩发现了最早的昆虫化 石。化石中的昆虫没有飞行能力，但是与有翅膀（羽毛）的 昆虫相同的派生性状，这对

12、研究昆虫的翅膀（羽毛）的起源 有重要的意义。昆虫的成功秘技变态 昆虫的外形基本上是由它们不可弯折的骨骼所决定的。但在此之前，它们会经历一系列的幼虫阶段。每一个阶段都 会伴随一次蜕皮，以使得体型随之逐渐变大。与之相比，完 整的变态发育过程则会把昆虫的整个生命周期划分为几个 特定的阶段，如主要吸取养分的幼虫阶段，或是主要负责繁 殖的成虫阶段。完整的变态发育过程，即有着幼虫、蛹和成 虫三阶段的昆虫，是由古昆虫的几个形态如前若虫、若虫以 及成虫演化而来的。这一发育机制简直太成功了！以至于现 今，世界上五分之四的昆虫都在采用这种机制进行生长发育。 不过，回到刚才我们说的那些微型化石上来。内尔的化石原 型

13、后来不断地演化，成为各种甲壳虫、跳蚤、黄蜂、蜜蜂和 蚂蚁，但在那时，它们只能维持自身微小的存在。内尔对此 解释道：“也许在那时，生态位被其他族群占据着，只能等 到生态位被空出来，这些昆虫才能重新繁衍壮大，使多样化 成为可能。”是的，昆虫的时代就要到来了。史上最大规模的生物大灭绝在 2.52 亿年前的某个时刻 降临了。此后的几百万年里，四处喷发的火山，持续变暖的 气候，以及不断降低的氧气含量都给地球的生命保障系统带 来了严重的损害， 致使 90%的物种在这一时期灭绝了。 这次， 连昆虫都受了影响。英国约克大学彼得 ?梅休的研究团队把 整个昆虫化石梳理一遍之后，得出了这样的结论： “到二叠纪结束时

14、，有50110种昆虫都已灭绝了。”像巨蜻蜓、古网翅目昆虫，还有很多其他的有翅昆虫都难逃厄运。值得注 意的是，梅休的研究团队发现，这次大灭绝反而促使变态发 育机制的优势得以展现。采取这种发育机制的昆虫种群繁殖 力相当强，可以说是坚不可摧。那么，这样的机制是如何获得如此巨大的优势的呢？首 先，这样的昆虫往往体型较小，发育较快，因此繁育出新一 世代所需的时间大大减少，这也使得整个种群在生存危机之 后，其种群数量能够得以迅速恢复。不仅如此，它们还有自 己最厉害的绝技， 那就是在幼虫与成虫之间， 有个蛹的阶段。 蛹能囤积足够的甘油糖，以抵御严寒和干燥的环境。因此， 在环境压力增大的情况下，相对地，蛹的成

15、活率会大大地增 加。在三叠纪时期， 即 2.52 亿 2.01 亿年前， 更为我们所熟 知的现代昆虫一一甲壳虫出现了。整个三叠纪都是甲壳虫的 黄金时期。它们不仅体型小，繁殖快，拥有变态发育机制， 变硬的前翅还能保护后翅，保持珍贵的水分和温暖。不管是 沙漠还是池塘，北极还是热带，都能看到它们的身影。到现 在，已知的甲壳虫种类起码有 40 万种，是所有昆虫中种类 最多的。别看甲壳虫这么风光，其他昆虫也不甘落后。白垩纪时 期，由于开花植物的出现，新一轮昆虫大爆发开始了。这是 属于蝴蝶、飞蛾、苍蝇、蜜蜂和蚂蚁的时代。按恩格尔的话 来说就是：“开花植物给了昆虫们一张新的美食地图。就像 它们的祖先一样，昆

16、虫对于到手的机会从来不放过。每个不 同的时期，你都能看到昆虫获得新的技能，从而为整个家族 增添新的面孔。 ”当 6600 万年前的一颗小行星为恐龙时代画 上句号时，昆虫依旧在繁衍生息，不断壮大。对于昆虫的强大，恩格尔赞叹有加： “这些昆虫是经历 了上亿年的进化，不断融合自身的优势才形成了现在的规模， 才拥有了统治世界的能力。 ”是的，昆虫族群的确拥有无与 伦比的寿命和创新性，有着强大的适应力，还有持续不断的 进化。它们的多样性以及生存的智慧都会使它们屹立不倒。 即使在今天，当其他物种还在为全球气候变化焦头烂额之时， 昆虫依然会率领自己庞大的家族，继续朝前迈步。巨型昆虫欢迎大家来到爱丽丝梦游仙境

17、记，这里是距今 3.2 亿年 前的石炭纪。在这儿，有着大家都很熟悉的昆虫朋友们，只 是，它们的体型都大得吓人。拿巨蜻蜓来说吧，它们的翅膀 翼展可长达惊人的 70 厘米。古马陆（又称千足虫）长得和 现代的马陆其实没什么区别，不过它们可是比人还长的存在 呢！为什么它们会长得如此巨大呢？有一种说法是因为氧气。在这个时期里，植物开始木质 化，产生木质素。 但能够降解木质素的物质还没出现， 因此， 植物多是被烧掉而不是被降解循环。结果，空气中的氧气含 量大大增加，提高到近 31 个百分点，约是现在的 1.5 倍。昆 虫会通过自身外骨骼上的小孔呼吸，这样氧气能够直接通过 气管导管进入身体组织中。这本身其实

18、是一种天然的控制身 体大小的设置 由于身体越来越大，必然需要更大的气管。 但实际上，随着氧气的增加，昆虫进化了。有科学家对此专 门进行了实验。他们发现，几乎所有的昆虫在这样的情况下 都进化出了更多的导管，以使得自己的身体长得更大。不过，这些巨型昆虫的繁荣没能持续多久。据统计，这 一时期只持续了 1.8 亿年。随后，奇怪的事情发生了。在距 今1.45亿6600万年前的白垩纪，虽然氧气含量还在持续 上升，但巨型翼展的昆虫种类却已减半。那时候又是什么占 据领先优势了呢？答案是一一鸟。有科学家感叹道：“要是没有鸟在旁边，估计现在有些虫子会长得比以前还要大得 多！”祸害还是恩赐？ 讨厌昆虫的理由是很多的。它们会传播这世界上最致命 的疾病，像伤寒或是疟疾的传播都少不了它们的推波助澜 ; 有些则会损坏庄稼， 蛀坏树木 ;而有刺昆虫和寄生虫简直