我滴个龟龟！没想到龟还可以长成这样......
2024-11-13 272
虫䖵蟲，怎么那么多虫？
来源：互联网
2024-11-13 00:05:57 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
作者：黄伟烨 鲁超
文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）
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“看看吧，这就是虫子，它们的技术与我们的差距，远大于我们与三体文明的差距。人类竭尽全力消灭它们，用尽各种毒剂，用飞机喷撒，引进和培养它们的天敌，搜寻并毁掉它们的卵，用基因因改造使它们绝育；用火烧它们，用水淹它们，每个家庭都有对付它们的灭害灵，每个办公桌下都有像苍蝇拍这种击杀它们的武器……这场漫长的战争伴随着整个人类文明，现在仍然胜负未定，虫子并没有被灭绝，它们照样傲行于天地之间，它们的数量也并不比人类出现前少。
把人类看做虫子的三体人似乎忘记了一个事实：虫子从来就没有被真正战胜过。”
人类的落日 图片来源：理性边界Delta
看到《三体》结尾的时候，你是不是有点不寒而栗，偌大地球，主宰究竟是人类还是虫子？
昆虫为什么这么多？
其实，不要说上升到宇宙尺度，就是在日常生活中，恼人的虫子也总是无处不在，比如：睡觉时能活生生把你叮（或者吵）醒的蚊子；街边小摊附近飞舞的苍蝇；田间地头常见的蟋蟀、螳螂；家里怎么踩都踩不完的小强和蚂蚁；夏夜里在树上鸣叫的蝉……当然，还有蜻蜓、蝴蝶、蜜蜂等为人喜爱的益虫。
各种各样的虫子 图片来源：wiki
我们所常见的“虫子”绝大多数都是“昆虫”，在生物学分类上，它们属于节肢动物门六足亚门昆虫纲。
作者在黄山带领小组采集到的昆虫标本 图片来源：理性边界
那么问题来了：为什么地球上昆虫这么多呢？
这无非是一个出生率远大于死亡率的问题，确实，亿万年的进化让昆虫在这两方面表现的都很优秀，下面我们一个一个说。
图片来源：理性边界
逆天的生育率
首先让我们看一下昆虫的大致形状，昆虫具有动物界最先进的“头、胸、腹”三节分节方式。之所以说它最先进，是因为这种分节方式对机体的调控最为有效、机体分工最为明确，请看下图。
一只豆娘的三节分节 图片来源：wiki
其中，头节负责感官与摄食；胸节负责运动和支撑；而最大的——几乎占据蜻蜓4/5的后部——都是腹节。这么一大坨腹节既不用来侦察敌情，也不是作战单位，搞这么长干嘛呢？原来，腹节的任务是生殖与排泄，昆虫为了生殖繁衍，真的是不惜一切代价，每天要背着这么大一桶“弹药库”飞行奔波呢！
正在交配的蚂蚱 图片来源：wiki
直接上数据吧，经我国学者统计，我国常见的1380种昆虫中有约70%单次产卵量在50粒以上，另外，在“巨能生”的脉翅目昆虫中有约66.6%的种类单次产卵量在800粒以上。需要注意的是，以上数据仅统计了一对昆虫单次产卵的产卵量，若遇到苍蝇等单次受精后终身可产卵的变态物种，其总繁殖量相当惊人。
澳大利亚的蝗灾，这才叫做“遮天蔽日” 图片来源：wiki
看到这些数字你是不是又惊恐万分，按照这个速度，似乎不需要几年时间，这世界就应该被虫子主宰了。其实远远没有这么简单，虫子所处的世界可不是人类文明的温柔乡，那里是弱肉强食的战场，处处危机四伏，一不留神就可能成为别人口中的猎物；如果投胎不好靠近人类的居民区，极有可能死于杀虫剂之手；即使上辈子修了“阴德”不被外敌消灭，自己不努力觅食也会活活饿死。
所以，昆虫一方面拥有逆天的生育率，另一方面又不能让自己的DNA光成为别人的食物，在降低死亡率方面，昆虫也是做足了功夫。
虫子逃生的七种武器
l 袖珍的体型
图片来源：lfgss.com
我们在生活中见到的虫子大多数都是上图这种体型的（大的也基本没有超过40cm的），小当然有小的好处。
体型小的物种维持生命需要摄入的食物量少，大型动物所需的食物量多。所以体型小的好处就在于减少了维持生命所需的食物量，因而在对大型动物而言食物重度短缺的情况下，昆虫依然可以过着衣食无忧的生活。
大多数时候，昆虫和人类的大小对比就如同孙悟空和五指山 图片来源：wiki
很多人最怕的莫过于那打不死的“小强”。其实，蟑螂那“打不死”绝非浪得虚名，堪称生命力最顽强的动物之一，在完全“绝食”的情况下，蟑螂可以存活一个月；如果还不甘心，把它的水源也断掉，它仍可以存活三周；甚至有人做过实验，将蟑螂的脑袋搬家，它还可以生活9天以上。简直让人难以置信。
蟑螂这种高效的生存效率，“袖珍化”当然是重要原因之一。
打不死的“小强” 图片来源：wiki
其实，在历史上昆虫也曾经“大”过。距 今3.55亿~2.9亿年前的石炭纪又称“巨虫时代”，那时空气中的氧气含量很高，足够支持巨型生物的呼吸生长和代谢，比如当时曾出现过人头一般大小的巨蜘蛛，3米多长的巨型马陆，以及翼展达到1米的巨蜻蜓，想想就很刺激哦！后来由于空气中的氧气浓度下降，支撑不了这些巨型昆虫，这些景象只能出现在科幻电影里了。
石炭纪的巨型生物 图片来源：paleontologyworld.com
l 独特的变态发育
和其他生物相比，昆虫最特殊的一点在于它的“变态”发育。吐丝结茧，化蛹为蝶，破茧而出，这是生命的奇迹。除了部分两栖动物（蝌蚪和青蛙）以外，没有任何动物有这种现象。
豹纹蝶的一生：虫卵——幼虫——蛹——成虫，一次完美的全变态发育 图片来源：wiki
那么，这种现象究竟是落后的“陋习”还是逆天的“神器”呢？那我们就来看看“变态发育”的好处。
首先，幼虫和成虫各自目标明确，幼虫的形态、结构决定了它的主要任务是积累能量。而成虫主要负责繁衍生息。幼虫成虫各司其职，幼虫无需为繁衍、飞行而苦恼，成虫更不用因为成长、发育而劳形。这样，两个阶段都没有不必要的能量损耗，无疑效率更高。要知道，在漫长的年代里，有丰年也有荒年，荒年堪称种族的“大过滤器”，高效率就是最好的度过“大过滤器”的手段。
化蛹为蝶，生命的奇迹 图片来源：wiki
另外，也正因如此，成虫和幼虫在食性、栖境和生活习性等方面都有不同，大人和小孩不会抢饭吃，在很大程度上避免了同种昆虫对食物资源及活动空间等方面的竞争。
l 保护机制——飞行能力
除了袖珍化和变态发育，就要说到昆虫“能飞”了！
仔细想想，除了鸟类，还有哪一类动物能飞？要知道，鸟类在恐龙之后才出现，而昆虫出现在恐龙之前，最早的昆虫距今约4.8亿年，这比早已消失的始祖鸟还早了3亿多年呢！
大家都知道，最早的动物出现在海洋里，大约5亿年前，一些节肢动物率先登陆。在极短的时间里（地质年代尺度），一部分节肢动物进化出了翅膀，于是一步登天，占据了天空这块生物圈的“处女地”。它们再也不用和地面上的对手一较长短，打不赢你我就飞走好了。在很长一段时间里昆虫独霸天空，直到鸟类的出现。
蛾子一边飞一边觅食 图片来源：wiki
昆虫没有鸟类那么强健的胸大肌和有助飞行滑翔的羽毛，主要靠振翅频率和超大的翅膀面积取胜。蜜蜂每秒振翅约300次，而苍蝇每秒钟大约200次，蚊子更是达到了600次，都在人耳音频范围之内，因此，我们总是可以听到那些虫子飞行时的嗡嗡声。
昆虫的飞行机制。其中a：翅膀；b：连接部位；c：背腹肌；d：纵走肌
我们熟知的蜻蜓、蝴蝶都有很典型的大翅膀，对我们来说已是司空见惯了。然而你知道吗？蜻蜓其实拥有2对翅膀，是昆虫中的双翼机！
双翼机其实是人类在向蜻蜓学习 图片来源：wiki
瓢虫也有两对翅膀，但其中一对翅膀鞘质化，覆盖在用于飞行的膜翅外并包裹身体，提供了良好的保护作用，但也降低了它的飞行本领。
瓢虫飞行能力远远不如蜻蜓和蝴蝶 图片来源：wiki
我们最熟悉也最痛恨的蚊子只有一对翅膀，后翅已经特化形成平衡棒保证身体平衡。其实蚊子的身体倒是不重，振翅速度也不慢，但由于一对翅膀的力量太小，蚊子虽然能飞得很快，但是每飞一段时间就要找地方“歇歇翅膀”。
蚊子的飞行能力要再强一点，我们人类还有活路吗？ 图片来源：wiki
l “打不死”的秘诀-骨骼结构
昆虫除了能飞能逃跑，还有一定的抗打击能力，原因就是它的外骨骼。
昆虫外骨骼的主要组成成分为几丁质，也叫甲壳素，这是一种多糖类化合物，其他节肢动物（如虾、蟹）体表坚硬的外壳也由其组成。在这之前只有贝类、蜗牛等软体动物有石灰质的“壳”这种保护机制，但碳酸钙毕竟太硬了，这种材质的贝壳、蜗壳恰恰限制了它们的行动能力，让它们容易成为别人的美餐。而昆虫和其他节肢动物从5亿年前就穿戴上了这种几丁质的轻型装甲，既起到保护作用，也不影响飞檐走壁。
当然，外骨骼的功能不止提供保护这一点，还可以防止体内水分蒸发及与内壁所附着的肌肉共同完成各种运动。
最常见的昆虫外骨骼就是蝉蜕。 图片来源：wiki
不过，尽管外骨骼的功能很多，对虫子的保护效果也很好，但它也有一个很大的缺陷：外骨骼形成之后将不再随着躯体的生长而生长。因此包括昆虫在内的节肢动物在生长到一定阶段时必须进行蜕壳，将原本的保护效果较好的外骨骼蜕下（蝉羽化后所蜕下的外骨骼即称为“蝉蜕”），身体在一段时间内仅依赖较薄、较软的幼嫩的外骨骼生活，这是一段保护能力减弱的空档期。碰到天敌，就是喊“中场休息”也没用啊。
昆虫和螃蟹用的是较类似的“轻型装甲” 图片来源：wiki
l 链状神经系统
你可能以为昆虫是无脑的，只会生存觅食和繁衍吧？大错特错！
鳌虾纵剖面图 图片来源：理性边界
如上面的鳌虾纵剖面图所示，鳌虾与昆虫同属于节肢动物门，它们的神经系统类型是一致的，即链状神经系统。上图中，黑线即为腹神经索，每一个膨大为一个神经节（由大量神经细胞构成），在它顶端（即头部）有一个“巨大”的膨大称为“脑”神经节。每一个神经节向身体各部分发出神经纤维和神经细胞构成环状遍布全身从而控制整个身体。
昆虫的神经系统与人类的模式相似，当身体某一部分受到刺激时，神经冲动沿神经纤维传导至腹神经索、神经节，由神经节进行处理或进一步上传至“脑”神经节进行处理。这种神经调节模式极为高效，因而昆虫对外界的刺激有更灵敏的反应，有利于其发现并躲避敌害。
在昆虫之前，蚯蚓等环节动物拥有了链状神经系统，但没有明显的脑。漫长的演化史上，昆虫第一个拥有了脑的雏形。
苍蝇也是有脑子的 图片来源：wiki
l 让我们再来看看昆虫的嘴
昆虫的嘴也叫口器，大致可以分为咀嚼式（大多数）、刺吸式（蚊子）、虹吸式（蝶）、嚼吸式（蜜蜂）、舐吸式（苍蝇）等5种。其中，咀嚼式口器是最原始的口器类型，其他各种类型的口器均由咀嚼式口器演化、特化而来，绝大多数昆虫幼虫具有咀嚼式口器（成虫可能为其他类型）。
咀嚼式口器结构分解图。1，上唇；2，上颚；3，上颌；4，下唇；5，下咽
图片来源：wiki
咀嚼式口器的适用范围相当广，简单来说，固体食物用颚切碎后与唾液混合吞咽，液体食物用唇、颚包裹后直接吞咽。因为大多数昆虫的口器均采用了咀嚼式口器，所以它们可以吃的食物多种多样（如果消化系统跟得上），即“不挑食”，在食物资源有限的条件下，这类昆虫是有利于生存的。
你可能对这一点嗤之以鼻不管是鱼、鸟、兽都有嘴，可比虫子高级多了。我必须得告诉你，我们能动的嘴实际上是“颌”，一直到志留纪（距今4.4亿~4.1亿年）才因出现了“有颌鱼”而慢慢发展起来，而在那之前，动物界最高级、最复杂的就是昆虫的“咀嚼式口器”。人家是把5亿年前的智慧用到今天！
最早的有颌鱼类：邓氏鱼。有了颌才意味着可以主动捕食 图片来源：wiki
l 功能化的附肢
昆虫属于节肢动物，而节肢动物这一名称的由来就是因为这类动物具有分节的附肢（就像人的四肢）。附肢在胚胎发育过程中逐渐发生形态上的变化，功能也更加专业化，比如头部的附肢特化成触角、颚（昆虫的“嘴”），胸部的附肢特化成螯肢（例如螳螂的“镰刀”）、跳跃足（例如蟋蟀粗壮的后腿），腹部的附肢特化成生殖器等等。
带大刀的螳螂，你怕了没？ 图片来源：wiki
附肢的特化所带来的优势和身体异律分节所带来的优势是一致的，即固定使用身体某一部位高度专业地完成某特定工作，提高机体运作效率。机体运作效率高了、取食或者逃避敌害的速度快了，在自然界中的竞争力也就强了，也就不容易被吃掉。
仅仅昆虫的触须，就有这么多种 图片来源：wiki
结语
好了，说了这么多，不知道你对昆虫是否有了一个更新的认识？
很多的科幻迷们高度推崇虫子的进化优势，并将它们作为宇宙中普遍的存在。比如经典游戏《星际争霸》，Zerg种族就具备昆虫的很多特性：高度繁殖能力（快速扩张）、变态发育（幼虫成虫）、会飞（飞龙骑脸）等等。也许，在神秘的宇宙深处，就有一些巨型昆虫正统治着它们的星球？
[注]本文中“虫子”、“昆虫”等说法均指节肢动物门六足亚门昆虫纲的常见昆虫成虫，不涉及蛞蝓（俗称“鼻涕虫”）等软体动物及俗称“毛毛虫”或“蚕”的鳞翅目昆虫幼虫。
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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