昆蟲翅膀哪里來

陳世杰

蒼蠅、蚊子、蝗蟲、蟑螂，這些惱人的小生命生活在我們周圍，每當(dāng)我們小心翼翼地準(zhǔn)備一掌拍死或一腳踩死它們的時(shí)候，它們“呼啦”一下就飛走了，只留下我們的拍得通紅的手掌和跺得麻木的腿腳。這時(shí)候你也許會(huì)感嘆，造物主為什么要將翅膀賜給這些討厭的昆蟲呢？要是它們不會(huì)飛就好了！那么，昆蟲的翅膀是怎么獲得的呢？

強(qiáng)壯的“胸肌”變來的？

昆蟲是地球上最早獲得飛行能力的動(dòng)物，比爬行動(dòng)物和鳥類獲得飛行能力早了至少5000萬年。于是，昆蟲學(xué)家們?cè)趯ふ依ハx翅膀的起源的時(shí)候，很自然地想到，鳥類和蝙蝠的翅膀都與它們強(qiáng)壯的“胸肌”有關(guān)，這種演變的方法是不是從昆蟲身上學(xué)來的呢？

持有這種想法的科學(xué)家?guī)缀跄芟胂蟪龉爬系睦ハx在茂密的原始森林中苦苦進(jìn)化的樣子：距今大約3億年前，大地上到處都生長著高大的蕨類植物，它們?cè)诟谎醯沫h(huán)境中自由生長，有的甚至能長到40米高。這些植物是昆蟲們的食物來源，但隨著植物越長越高，不會(huì)飛的昆蟲開始吃不上食物了。為了能有飯吃，昆蟲開始努力鍛煉身體，它們借助胸背處的側(cè)突結(jié)構(gòu)蓄力，在樹木間跳躍、滑翔;鍛煉使得胸背側(cè)突越來越有力，隨著一代代地演化，昆蟲的滑翔距離越來越遠(yuǎn)，最后，胸背側(cè)突終于發(fā)展成了能夠自由飛翔的翅膀。

古老的蜻蜓翅膀給這一觀點(diǎn)提供了些許證據(jù)。蜻蜓的翅膀上有許多厚重的翅脈，昆蟲學(xué)家認(rèn)為，這些翅脈是昆蟲的胸背側(cè)突進(jìn)化成翅膀后的結(jié)構(gòu)殘余之一。在進(jìn)化初期，昆蟲的胸背側(cè)突首先形成一種叫做“側(cè)背葉”的結(jié)構(gòu)。側(cè)背葉不能自由活動(dòng)，只能蓄力幫助昆蟲滑翔。在翅膀演化出來后，側(cè)背葉最終退化成了昆蟲翅膀上的翅脈。后來演化的較先進(jìn)的昆蟲翅膀，比如蝴蝶、蜜蜂和甲蟲的翅膀中都幾乎看不到翅脈了。

四肢是滑翔的動(dòng)力源？

不過，另一些昆蟲學(xué)家不同意上述想法，他們認(rèn)為，緊接著昆蟲之后獲得飛行能力的爬行動(dòng)物在進(jìn)行滑翔的時(shí)候，起到主要作用的是它們的四肢。因此，幫助昆蟲滑翔的也很可能是四肢，四肢最終演化成翅膀。

美國的昆蟲學(xué)家斯蒂芬·亞諾維亞克是四肢滑翔說的擁護(hù)者，為了證明這個(gè)假說，他從秘魯?shù)脑忌种凶チ私?00只石蛃蟲。石蛃處于昆蟲起源的基部，是最原始的昆蟲類群，保留了很多原始古昆蟲的特征，包括無翅、足短、尾須發(fā)達(dá)等。斯蒂芬將這些石蛃蟲分成六組，除了一組不做處理外，剩余五組分別取下其前附肢、中附肢、后附肢或者用于彈跳的尾須。做完這些處理后，斯蒂芬將石蛃蟲從樹木頂部丟下去，觀察它們?cè)诘袈溥^程中的運(yùn)動(dòng)情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒做處理的石蛃蟲基本上在掉落到地面之前就成功滑翔到了鄰近的樹上，除去前后兩組附肢的石蛃蟲的滑翔成功率與未處理的石蛃蟲相似，但是它們到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)所用的時(shí)間更長。而那些沒有中間附肢的石蛃蟲基本失去了滑翔的能力，只能束手無策地掉到地上。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，斯蒂芬認(rèn)為，正是從胸部或腹部延伸出的附肢給無翅昆蟲提供了滑翔的動(dòng)力，隨著時(shí)間的推移，這些附肢演化成了更完善的翅膀結(jié)構(gòu)。

該圖顯示了基因、腿節(jié)和翅膀之間的關(guān)系

翅膀由腿演化而來？

上述兩種觀點(diǎn)的主要分歧在于昆蟲的翅膀究竟是從胸部體壁上直接長出的新結(jié)構(gòu)，還是由原有的附肢演化而來，為了找到答案，科學(xué)家們決定從昆蟲的祖先——古代甲殼類動(dòng)物入手。

就像陸地動(dòng)物是從魚類演化而來一樣，古代甲殼類動(dòng)物被認(rèn)為是昆蟲的祖先。大約4.8億年前，古代甲殼類動(dòng)物上岸了。在干燥的陸地上生活時(shí)，甲殼類原有的甲殼演化成了昆蟲的外骨骼，更有利于鎖水和保護(hù)身體。甲殼類的身體分節(jié)也遺傳給了昆蟲，這讓它們的運(yùn)動(dòng)更加靈活。此外，甲殼類與昆蟲在基因?qū)用嬉灿性S多相似處。

美國生物學(xué)家希瑟·布魯斯將一種原始甲殼動(dòng)物夏威夷蝦的附肢基因與果蠅和其他昆蟲的腿節(jié)基因進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有驚人的相似性：決定它們附肢的前六節(jié)腿節(jié)的基因完全吻合。不同的是，夏威夷蝦具有八節(jié)腿節(jié)，而昆蟲只有六節(jié)，希瑟在昆蟲體內(nèi)并沒有找到編碼甲殼類動(dòng)物的剩余兩節(jié)腿節(jié)的基因。

對(duì)于這一段基因及腿節(jié)的去向，希瑟有自己的猜想：上岸后，為了方便運(yùn)動(dòng)，昆蟲將這兩個(gè)腿節(jié)合并到了體壁中。這樣，附肢與身體的連接關(guān)節(jié)就上移了，身體對(duì)附肢的掌控更加省力。在后來的演化中，隱藏的第八節(jié)腿節(jié)又從體壁中鉆了出來，形成了我們現(xiàn)在見到的昆蟲翅膀。這種猜想是有依據(jù)的，希瑟通過基因測序發(fā)現(xiàn)，昆蟲前肢的近體端腿節(jié)與其相鄰的體壁結(jié)構(gòu)很相似，兩者的基因是同源的。而且，現(xiàn)代昆蟲的翅膀基因與編碼甲殼類動(dòng)物的附肢的基因出現(xiàn)了部分的重疊。這足以說明，昆蟲的附肢、體壁和翅膀三者具有不可分割的關(guān)系。

不過，除了腿節(jié)直接演化成翅膀的猜想，昆蟲體壁和最近的腿節(jié)都參與了翅膀的發(fā)育也是一種合理的假說，兩種不同組織的合并最終使昆蟲獲得了一種全新的器官。目前，科學(xué)家還找不到明確的證據(jù)最終驗(yàn)證這兩種假說的真實(shí)性，但確定的是，昆蟲的翅膀來源與爬行動(dòng)物相似，與祖先的腿關(guān)系密切。昆蟲翅膀從何處來，我們離這個(gè)謎題的真相不遠(yuǎn)了。