昆虫为什么要进化出蛹这种不利于生存的形态?

昆虫为什么要进化出蛹这种不利于生存的形态?

法小喵

错,蛹是昆虫为了克服自身结构弱点做出的最有创造性的进化。

昆虫的翅膀不同于鸟类和蝙蝠,它们的翅膀是一次成型的,鸟类和翼手类从小就有翅膀,会随着身体一起长大,但早期的飞行昆虫(诸如蜻蜓,蜉蝣和蜚蠊)的翅膀若虫时期是以翅芽的形态长在背部的,等到发育成熟后在一次蜕皮中把体液压入翅芽,像吹气球一样让翅脉撑起来把翅膀展开,翅膀一旦风干,则形状就会固定下来,永远不能修复也不在生长,此为不完全变态发育。

这种模式带来一个问题,若虫刚孵化出来不过米粒大小,长到成虫的体型需要时间,而这段时间又不能飞行,所以昆虫必须先掌握不靠翅膀的生存方式。

这就好比你玩了个法师,但是要到满级级才能学法师的技能,满级之前你只能点战士的技能。

这么坑的演化路径昆虫依然做到了极致,比如:进化出了间接飞行肌可以把翅膀收起在背部,从而兼顾飞行的同时不影响在地面的生存能力,或者若虫时期就具备高度特化的附肢和口器成为强大的掠食者。

但这些终究有一个极限,长出翅膀需要消耗大量的能量,所以若虫时期必须大量进食以积攒能量,但若虫又必须兼顾成虫的身体构造,导致积累能量的效率又不高。这就像你玩的职业技能点极度稀缺,几乎只有几个固定的加点路径可以选择。这就限制昆虫在演化多样性上的跨越。

但作为地球上进化最成功的生物类群不可能止步于此,于是就有了演化史最黑科技的发明之一:完全变态发育。

我这么形容,对完全变态发育的昆虫来说,幼虫相当于一个会动的胎盘,你的身体以胚胎(虫盘)的形式寄生在胎盘内,然后你操纵这个胎盘大吃特吃,由于到时候就会被舍弃,所以幼虫完全不需要考虑成虫之后的事情,可以随意的特化成和所处环境高度融合的形态,能量转化的效率直接拉满,和干饭无关的能力也完全放弃,所以所有完全变态昆虫的幼虫都有肥大的身体和短小的腿脚。

等到发育成熟,幼虫的身体会完全溶解重组,所有的器官都被转化为蛋白质和脂肪,整个身体成为了一个能量棒,而其中的沉睡的虫盘开始利用这些能量生长发育。这个过程就是化蛹。

这就像一出生就把你扔进练功房,天天平 A 经验包,练到满级再放出来,给你大量的技能点不说,而且完全跳过那些鸡肋的前置技能直接点大招。

这种逆天的机制直接给昆虫带来了多样性大爆发。因为完全不需要考虑成长的问题,昆虫可以毫无顾忌的特化自己,可以在拥有发达翅膀的同时具备坚固的外骨骼,还有巨大的犄角大颚这种以前由于蜕皮的限制无法发育出来的构造都可以实现,更有甚者直接退化掉了消化系统和口器,完全依赖幼虫积累的营养过活。

最后昆虫有多夸张呢?鞘翅目步甲科,仅仅一个科所包含的物种数量就碾压了所有脊椎动物之和(评论区指正,应该是陆生脊椎动物只和,步甲科的种类和脊椎动物总数大概持平。),而像这样的大科,鞘翅目下还有还有好几个,这还仅仅是昆虫纲下得一个目。而且昆虫的进化仍未止步,每年新发现的物种里,昆虫都有不低的比例。

这就是蛹的好处。

而蛹无法移动的弱点相比之下不值一提,因为卵也不能移动,也没看到所有卵生动物都去孵蛋。

昆虫可以选择在隐蔽处化蛹,可以结茧保护,或者干脆钻进土里。而且蛹期短则几天长也不过十几天发生意外的概率并不高,而且因为不能移动反而不容易引起掠食者的注意。退一万步说,昆虫都是走大量繁殖路线的,就算被吃了,或者其他的各种意外死了几个,对整个种群来说也只是微不足道的损失。

————————————————————————

没想到这么多赞,看了大家的评论,一些问题做一下,详细的解释:

关于幼虫的生长发育:

因为昆虫的生长周期与脊椎动物完全不同,我是以人类的视角来形容,但实际情况比较复杂(其实是有些部分我也没弄明白)。

成虫盘并不是胚胎,成虫盘与成体的关系更加类似于建筑物和建筑材料,对于完全变态昆虫来说,成虫会长出大量幼虫没有的器官,而构建这些器官所需的干细胞会以成虫盘的形式储存在幼虫体内。而且成虫盘不止一个,而是散部于幼虫身体的各个部位,十几个到几十个不等,等到化蛹的时候这些成虫盘会聚合到一起。你吃蚕蛹时里面那个黑色的硬芯就是成虫盘。

关于化蛹的过程:

有人问化蛹的过程幼虫是不是死了,但其实幼虫没死,成虫盘只是一个器官不是独立的生物,甚至不能完全包办成虫的生长,化蛹的过程幼虫的身体确实会背重构,但并不是完全变成营养物质供应成虫盘,有一些器官的干细胞会被保留加入成虫身体的构建,这其中也包含中枢神经,所以成虫会保留幼虫时期形成的一些条件反射,但是由于神经系统的重构,成虫的行为模式已经完全改变,所以你几乎看不到幼虫的影子了。

关于蛹的结构:

好像没人问为啥蛹作为一个能量罐但是它会动。其实我也没有细致研究过这个问题,但通过一件事我观察到了蛹内部的一些秘密。

起因是我养了一只螳螂,由于懒得给它抓蚂蚱吃,正好家里买了一包蚕蛹,我就给了它一个,结果螳螂咬开了外壳之后我隐约看到了一个蜷缩的虫形,但是很快就被螳螂啃成了一堆浆糊。

所以我猜想蛹是从外向内生长的,先形成表皮和肌肉在形成内脏器官。所以蛹可以动。但最初的外骨骼只有一层薄薄的多糖膜,所以不容易被看出来。因为人也是先长出脊椎的只不过人的骨骼在内部可以慢慢生长,而昆虫的外骨骼必须一次成型。

至于蛹是怎么进化出来的:

最早的完全变态昆虫是在石炭纪晚期突然出现的,之前发生了什么完全不得而知,就像当初昆虫的翅膀一样来得十分突然

个人观点,昆虫从一开始解锁变态发育的时候就为化蛹埋下了伏笔。

螳螂和蜻蜓在若虫的末龄都会出现一段绝食期,不仅不在捕猎,而且变得迟钝呆滞,最后会攀附在合适的地方并且悬挂自己几个小时最后完成蜕皮羽化。也就是说它们在若虫时代的最后已经显露出一些蛹的特质。

而且蛹这东西也不是所有种类都一样的,我们通常所说的蛹其实是鳞翅目的被蛹,即它的附肢和翅都被包裹起来了,但鳞翅目其实是出现较晚的昆虫类群。鞘翅目和膜翅目(蚂蚁蜜蜂等)的蛹其实是裸蛹,即这个蛹上还长着附肢和翅膀,几乎就是个不能动的若虫,而双翅目(蚊蝇之类的)就是干脆在外面又加了一层壳叫做围蛹。

可见蛹这东西其实也存在着版本迭代的,首先裸蛹肢体外露最为脆弱,必须钻入地下或者筑巢保护,而围蛹的有双层外壳虽坚固但成本太高,大型化受限,只有被蛹不需要额外的技能加持,即可以完全暴露在环境中,也可以结茧保护,大大减轻了演化的压力。

——————————————————————

应网友要求,贴几个图片(均来自网络,侵删)

首先是裸蛹

蚂蚁的蛹(目测应该是某种弓背蚁)
长戟大兜虫的蛹
双叉犀金龟的蛹

裸蛹的附肢都是外露的,可以直观的看出成虫的身体结构。

然后是围蛹

果蝇的蛹
蚊子的蛹

围蛹和裸蛹很相似,但是外面套了一层壳保护自己,像裹在塑料袋里一样。

最后是被蛹

虽然被蛹也能看出成虫的身体轮廓,但是附肢和身体都长在了一起,极大减小了受到损伤的风险。

————————————————————————