不可思议的昆虫

今天向大家介绍一些昆虫身上的神奇之处。

石炭纪的巨型昆虫

石炭纪从距今它3.59亿年前开始，延续到2.99亿年前，由于这一时期全世界形成煤而得名。

石炭纪的昆虫以体型巨大而著称，下图中的蜻蜓叫做巨脉蜻蜓（学名：Meganeura monyi），又名大尾蜻蜓或巨尾蜻蜓，是3亿年前石炭纪一种已灭绝的昆虫，外型与现今的蜻蜓接近。翼展范围自 65 cm到超过 70 cm，是目前已知地球上曾出现最大的飞行昆虫物种。它们是掠食者，以其他昆虫及小的两栖动物为食物。

想象一只翼展半米多的大蜻蜓捕食青蛙，那画面是不是挺恐怖的？

按照巨脉蜻蜓的身体结构，研究人员推测它可以长到1米以上。石炭纪除了巨大的蜻蜓外，还有巨大的蜈蚣、海蠍，体长超过3米。而世界上现存的最大昆虫在中国，叫做“中国巨竹节虫”体长达到64厘米，由中国的研究员赵力发现。

赵力与中国巨竹节虫

“蛹”中奥秘

在生物学上，像蝶，青蛙这样在生长发育过程中，在形态构造、生活习性上出现的一系列显著的变化，称为“变态”。昆虫幼体和成体前后的“两幅面孔”令人印象深刻，也不禁令人好奇神秘的蛹里有什么？

生物学家把蛹打开，发现里面并没有成虫的结构，而是一包黏稠、浑浊的液体。哈佛大学教授卡罗尔·威廉姆斯做了一个相关的实验。威廉姆斯找了四个同年生的蛹，第一个蛹作为对照组，不进行任何处理；第二个从中间切开，并用玻璃片盖上；第三个从中间切开，在中间接一根管，让液体可以流动；最后一个在第三个蛹的基础上中间塞了一个小球，阻挡液体流动。

结果非常神奇，第一个蛹最后变成正常的蝴蝶；第二个蛹的上半部分变成了蝴蝶，下半部分还是蛹；第四个什么都没发生，还是一个蛹；最神奇的是第三个，变成了一只中间是玻璃管的蝴蝶。

在幼虫和成虫之间增加变成蛹的这一步骤看似非常多余，因为蛹的活动能力很弱（有些蛹是可以动的，称为离蛹），非常容易受到天敌的攻击。但说出来你可能不相信，这是非常管用“策略”。昆虫纲有不到30个目，其中十个左右会经历蛹的完全变态，但这10个目居然占据了地球生命70%以上的物种。

变态发育最大的特点是将积累营养的幼虫阶段和繁殖后代的成虫阶段从时空上分隔开来。幼虫和成虫之间的差异巨大，简直就像是两个物种，避免了幼虫和成虫之间的竞争。此外，延后的胚胎发育降低了卵的营养需求，昆虫可以产下数量更多的后代；蛹不需要取食，又能帮助昆虫度过许多食物短缺的时节——这最终令完全变态的昆虫占据了数量最多的生态位，在同级别生物类群中成为最壮大的一个。

“纯天然”齿轮

2013年英国剑桥大学教授马尔科姆•巴罗斯（Malcolm Burrows）发现鞘翅瓢蜡蝉的幼虫可以跳出体长一百倍的距离。类比在人身上，就相当于一个一米八的人可以立定跳远180米。当动作如此迅速、有力时，如果两条腿的节奏稍有不同或者用力大小有差异，就会导致它在空中翻转。

为了完成这一超高难度的“精准跳跃”，鞘翅瓢蜡蝉幼虫的腿需要在 30微秒内完成准备-弹射的动作，而神经细胞是没法做到这一点的（人类立定跳远时左右腿的发力其实是不同步的、力道也有细微差异）。巴罗斯和他的同事们研究发现，鞘翅瓢蜡蝉的幼虫其实是利用齿轮同步腿部肌肉：通过三角形的“齿”互相啮合，使运动实现完全同步。

两个齿轮的旋转速度超过每分钟 3.3万转，而齿轮转动的加速度达到 700g，能瞬间把叶蝉加速到每秒 3.9米的速度。这是人类首次在动物身上发现齿轮这种机械结构。

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