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昆虫——进化的赢家!

 广东广西科泽丰 2017-12-06


昆虫是最为繁盛的生物种群,从天空到陆地再到水体,从热带到沙漠再到冻土,它们充斥着地球每一个角落,其生存能力远超其他动物,是当之无愧的统治者。全世界已知的昆虫种类超过120万种,约占节肢动物的3/4,而且每年都有新品种被发现。为了适应多变的环境,昆虫进化出一系列与之相应的生理机制,其所表现生存策略无不让我们惊叹!



展翅翱翔


作为唯一一类飞上天空的节肢动物,翅的出现无疑是昆虫进化过程中最为重要的一步(昆虫分类可是凭翅膀的)。有了这一器官昆虫相对应的肌肉组成、胸部构造及神经系统都发生了质的变化,它们开始称霸天空。


昆虫的翅膀很可能是由胸部的侧突体发展而来的,最初的目的可能是为了快速地躲避天敌,而在石炭纪时期,昆虫翅膀的发展达到了顶峰。那时是巨型蕨类的天下,森林中沼泽遍布,温暖潮湿,更重要的是氧气含量极高(约为现代的三倍),这样的环境造就了诸如古巨蜓这类巨型飞翔昆虫,为昆虫翅膀发展提供了良好基础。


(翅的形成无疑为昆虫统治世界提供了基础)


有了翅膀,昆虫便能更好地适应多变的环境,进而开扩出更加广阔的生存空间,为其成为最为繁盛的生物种群提供了基础。除了飞行以外,翅也为一些昆虫提供了展示基础,例如蝴蝶,它们通过鲜艳的色彩向同类炫耀或向天敌警示。


(蝶类通常采用亮丽的色彩来展示自己)


食性分化


昆虫能够如此成功的另一个重要原因在于食性分化,这有助于昆虫在生命中的不同阶段抢占不同的食物空间进而避免同类间的竞争。


(幼虫期的出现为昆虫抢占不同食物空间提供了保证) 


在很多完全变态昆虫身上,食性分化体现得淋漓尽致,它们在生命周期中应对不同食物会以完全不同的形态出现(即形成了幼虫)。同时,为了在不同形态间进行转换,它们有了一个明显的过渡变态期—蛹期。


蛹期的出现是昆虫进化过程中的又一里程碑,这为它们适应恶劣环境提供了基础,因为蛹期昆虫不需要维持身体活动,能将能量损耗降到最低。正是这一过渡期的存在,让完全变态昆虫得以涉足不毛之地。


(蛹期的出现使得昆虫能够适应极端环境的考验)


完美蜕变


完全变态昆虫之所以能进行形态转换这得利于它们激素的调节作用。


幼虫是终极进食机器,它们的体腔内有着巨大的不弯曲的肠道,能够在短时间内分解食物,这也就意味着幼虫生长很快。当幼虫的外骨骼无法再满足日渐庞大的身体时,它们就会蜕皮。


在蜕皮过程中,幼虫的头部后方呈圆形的咽侧体便会分泌保幼激素,这是保持幼虫形态的关键,同时在幼虫期末期,这种激素会促进雌虫卵巢发育。


另一种至关重要的激素——蜕皮激素来源于前胸腺(位于头部或前胸),顾名思义,蜕皮激素是使幼虫蜕皮转为另一龄期的激素。当幼虫受到外部或内部因素刺激时,储存在幼虫心侧体内的促前胸腺激素(由幼虫脑神经细胞分泌,并转移储存在心侧体)得以释放,这些激素刺激前胸腺分泌蜕皮激素,进而促进蜕皮。


(蜕皮激素与保幼激素控制着整个幼虫期昆虫的生长)


当幼虫即将化蛹时,它们的保幼激素分泌减少并很快失去效力,咽侧体开始退化解件。蜕皮激素开始完成它最后任务,即让幼虫蜕去末龄幼虫的外骨骼变为蛹。在整个变态发育过程中,这两种激素必不可少。


(毛虫的头部两侧有三对单眼,这一结构会在蛹期向脑部内侧移动控制成虫生物钟)


趋性影响


人们经常将飞蛾扑火的现象看作是自取灭亡,但实际上正是这些趋性让昆虫得以快速发展。昆虫的趋性主要包括趋化性、趋光性与趋温性三大类。


趋化性即对某一化学物质所产生的趋性,趋化性对于昆虫生存有着重要作用。例如很多昆虫在交配季节会向空气中释放性外激素,这些信息素对于昆虫找到彼此进而交尾至关重要;再如,大部分毛虫通过气味确定可进食的植物种类;又如,寄生蜂类通过被啃咬的树叶找到宿主。


(雌性夜蛾释放性外激素)


趋光性分为负趋光性与正趋光性,负趋光性是指昆虫躲避光线的属性,例如蛆会用头部感光器左右感知光线强度进而选择较弱的一方爬行。正趋光性可能与降低体能消耗有关,这类昆虫在漆黑的夜晚会靠着月光与星光在地面形成的平行光导航,并以此作为参照物来做直线飞行(最省力飞行方式)。


(在人造光线的影响下飞虫的活动呈现圆圈状)


趋温性主要是那些吸血性昆虫(主要指虱目与蚤目)的趋性,依靠宿主的体温确定目标的位置。


(臭虫通过体温确定宿主位置)


由此可见,趋性是昆虫适应环境的重要保障。对完全变态昆虫而言,成虫这一机制的产生,很可能是由幼虫期某些解体的器官重组形成的。例如毛虫的单眼系统,在蛹期视网膜脱落并逐渐向脑部重组,这些被重组的系统或许在成虫期对趋性及活动周期起到关键的控制作用。 


躲避天敌


昆虫具有高超的御敌本领,这使得它们能够更好地生存下去,它们的防御武器往往达到了登峰造极的地步。


最初的防御机制在于选择与天敌活动的期间相反,通过时间冲突解决这一问题,例如很多昆虫会在鸟类休息的夜间活动。但随着这场吃与被吃的竞争不断加剧,捕食者也相应调整了活动期间。


(夜色为昆虫活动提供了绝佳伪装)


为解决这一问题,一些昆虫开始伪装自己,开启“隐身”模式以迷惑以视觉捕食的天敌,例如竹节虫与叶子虫伪装为树干与树叶,其身体每一部分都模仿得唯妙唯俏。


(竹节虫具有高超的伪装技巧)


另一些昆虫则选择主动出击,采用毒液及响亮的声音进行防御,例如很多步甲在受到惊扰后便会喷出高温有刺激性气味的液体;再如黄蜂通过毒刺进行防御;又如斑蝶幼虫吃有毒的乳草使自己成为毒药库。


(大多数蜂类通过毒刺进行防御)


还有些昆虫通过将模仿有毒的动物以保全自身,例如葡萄天蛾通生模仿毒蛇形态来恐吓前来捕食的鸟类。 


(模拟毒蛇的天蛾幼虫)


生生不息


昆虫具有极强的繁殖能力,毕竟产生大量后代是保全这一物种生存与发展的基础。昆虫进化出一系列繁殖机制,其中最典型的例子是蚜虫,它们能快速侵占一片花园,无不得益于超强的繁殖能力:雌性蚜虫有两套生殖方式,通常情况是不通过交尾便直接产下若虫(孤雌繁殖且不经过卵期),而且每过4至6天便会繁殖一次,当气候变得恶劣不适合生存它们便会交尾产下大量能御寒的卵越冬(孤雌成虫与若虫也能越冬但生存率不定)。当植株被蚜虫群叮咬枯萎后,它们便会产生有翅雌虫为开发新领地做准备。


(孤雌繁殖的蚜虫)


雌虫作为超级繁殖包,使得很多雄性昆虫为使自己的基因延续下去而展开了争夺雌性的演化战争。有些雄虫通过简单而粗暴力量展示来证明自己的基因强大,例如食蚜蝇会釆用飞舞悬停并快速抓住雌虫的方式;再如兜虫与锹甲通过长角与大颚搏斗证明自己的实力;又如长臂金龟会用前足与头部相互排挤以选出最佳者。另一些雄虫则“伸士”得多,通过某一部位的相互比较来确定佼佼者,例如突眼蝇雄蝇会通过眼柄的长度来丈量实力;再如大部分雄蝶通过视觉冲击赢取雌性芳心;又如兰蜂通过收集香囊装饰自己。 


(突眼蝇通过眼距选出佼佼者)


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从海滩到沼泽,从森林到沙漠,它们的足迹遍布大陆的每一个角落,数量是人类的2亿倍,某种意义上,它们才是这个星球的主宰......


Author:朱小豆

Editor:rlyl



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