巨型昆蟲是科幻電影很好的素材來(lái)源。不起眼的小蟲子可能以輻射或是藥物等各種因素發(fā)生變異，變異后的巨型蟲子體長(zhǎng)幾百米，翅膀撲動(dòng)的聲音宛若天雷，經(jīng)過(guò)的地方都變?yōu)橐黄氖彙?/p>

    巨型蟲子，人類是沒(méi)有對(duì)付過(guò)的，一般的利器拿它沒(méi)有辦法。于是勇士出現(xiàn)，以舍小家為大家的精神與巨蟲搏斗。幾個(gè)回合下來(lái)，巨蟲毫發(fā)無(wú)傷，勇士卻已體力不支。就在巨型蟲子打算給予其最后一擊的時(shí)候，勇士buff加成，爆發(fā)出無(wú)比強(qiáng)大的力量將巨蟲消滅，拯救了世界。

為什么昆蟲體型總是那么??？

    雖是科幻，但人們總習(xí)慣于將其影射到現(xiàn)實(shí)中，考慮著如果出現(xiàn)了巨型昆蟲，我們?cè)撛趺崔k，也許還會(huì)想著自己是否是那個(gè)可以拯救世界的英雄。

    這次不說(shuō)你異想天開(kāi)了。因?yàn)槿绻x子真的變大了，或許真的可以圓你的英雄夢(mèng)。只不過(guò)你不需要有超能力，只要往蟲子面前一站，它們沒(méi)準(zhǔn)就會(huì)全部倒下。當(dāng)然不是因?yàn)槟愕臍鈭?chǎng)太強(qiáng)大，它們只不過(guò)是被自己憋死的。

    蟲子自己把自己憋死，聽(tīng)起來(lái)也有些難以置信，不過(guò)這確確實(shí)實(shí)是巨型昆蟲來(lái)到當(dāng)下世界的下場(chǎng)。當(dāng)然，巨型昆蟲也是存在過(guò)的。

    1880年，在法國(guó)南部的科芒特里，煤礦工人們意外挖出了一塊有著超大翅膀的巨型昆蟲化石。法國(guó)古生物學(xué)家查爾斯·布隆尼亞特于1885年在仔細(xì)的觀察研究后將其命名為“巨脈蜻蜓”。1979年人們?cè)诘卤瓤さ牟査鞲グl(fā)現(xiàn)了另外一塊巨脈蜻蜓的化石，現(xiàn)存放在巴黎的法國(guó)國(guó)立自然史博物館內(nèi)。

巨脈蜻蜓化石

    這種蜻蜓與現(xiàn)代的蜻蜓在外表上比較相似，但是巨脈蜻蜓翅膀展開(kāi)可長(zhǎng)達(dá)75厘米，是現(xiàn)代蜻蜓的6倍左右，也是地球上有史以來(lái)最大的昆蟲。

    這種與現(xiàn)代老鷹一般大小的蜻蜓以其他的飛行或者爬行類昆蟲為食，甚至?xí)砸恍┬〉脑缙趦蓷悇?dòng)物。邁克爾·克瑞奇頓的小說(shuō)《侏羅紀(jì)公園》里提到的巨型蜻蜓，便來(lái)源于此。

    巨脈蜻蜓生活于距今3億年左右的石炭紀(jì)，沒(méi)錯(cuò)，比生活于距今2.5億年至6500萬(wàn)年的體型巨大的恐龍更早地存在于這個(gè)世界。除了巨脈蜻蜓，食指長(zhǎng)度的蚊子，1.55米長(zhǎng)的千足蟲，還有2.6米長(zhǎng)的巨型蜈蚣等等，都是這一時(shí)代的產(chǎn)物，因而石炭紀(jì)也被稱為“巨蟲時(shí)代”。

   石炭紀(jì)的森林與巨蟲

    這類巨型節(jié)肢動(dòng)物在地球上生活了大約5000萬(wàn)年，在距今約3.06億年的石炭紀(jì)晚期的生物大滅絕中消失，之后的“大復(fù)蘇”并沒(méi)有使其體型恢復(fù)到石炭紀(jì)時(shí)的水平。隨著時(shí)間的推移與生命的演進(jìn)，蟲子漸漸變成了現(xiàn)在這樣的大小。

    既然蟲子是可以長(zhǎng)得很大的，并且曾經(jīng)主宰著這個(gè)世界，那現(xiàn)在為什么卻變成了最微小的生物之一，而且一拖鞋就能被拍死呢？

    2012年美國(guó)加州大學(xué)圣克魯斯分校的古生物學(xué)家馬修·克拉彭和杰瑞德·卡爾發(fā)表文章稱，他們編纂了一個(gè)涵蓋了過(guò)去3.2億年的10500多個(gè)昆蟲化石的數(shù)據(jù)庫(kù)，以顯示它們的翼長(zhǎng)在演進(jìn)過(guò)程中的變化。

3.2億年來(lái)昆蟲翼長(zhǎng)和大氣中氧氣濃度的變化圖

    他們發(fā)現(xiàn)，在昆蟲進(jìn)化的前1.5億年中，其體型大小與當(dāng)時(shí)的氧氣濃度有一定的相關(guān)性，在含氧量高的環(huán)境中，昆蟲往往有更大的體型；但是之后這種關(guān)聯(lián)性消失了，昆蟲也出現(xiàn)了小型化趨勢(shì)。在大約6000萬(wàn)年前，昆蟲的最大尺寸進(jìn)一步縮小。

    昆蟲體型開(kāi)始出現(xiàn)縮小趨勢(shì)的時(shí)間點(diǎn)，恰逢鳥(niǎo)類捕食技巧的增強(qiáng)。通過(guò)化石研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的鳥(niǎo)類獲得了相應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)，其捕食能力大大提高。體型偏大的昆蟲，因容易被發(fā)現(xiàn)以及行動(dòng)相對(duì)不敏捷而容易受到捕食。而在6000萬(wàn)年前，蝙蝠的進(jìn)化、白堊紀(jì)大滅絕或者鳥(niǎo)類的進(jìn)一步飛行特化的發(fā)生，很好地解釋了昆蟲體型的進(jìn)一步縮小。

鳥(niǎo)類的演變

    那么在天敵出現(xiàn)之前，與昆蟲體型有明顯關(guān)聯(lián)性的氧氣濃度，是否是一個(gè)制約因素呢？

     巨蟲生活的時(shí)代，氧含量確實(shí)十分豐富。石炭紀(jì)是植物世界大繁盛的代表時(shí)期，當(dāng)時(shí)氣候溫暖濕潤(rùn)，極有利于植物的生長(zhǎng)。陸生植物從濱海走向陸地，形成一片一片的森林與沼澤。喬木高大，灌木茂密，有些喬木高達(dá)三四十米。茂密的森林改變著陸地面貌的同時(shí)，大量的光合作用也影響著大氣的組成。

    現(xiàn)在大氣中氧氣含量約為21%，而美國(guó)耶魯大學(xué)生物學(xué)家羅伯特·貝爾納等人在一項(xiàng)古氣候研究顯示，石炭紀(jì)地球大氣層中氧氣含量可高達(dá)35%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)在的水平。

    宗普,薛進(jìn)莊.不同生物地球化學(xué)模型估計(jì)的顯生宙大氣氧含量變化

    實(shí)線：貝爾納等的模型，淺灰點(diǎn)線：貝爾納模型，黑色虛線：伯格曼模型

    科學(xué)家將同一代的蜻蜓在不同的含氧條件下進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高氧環(huán)境下蜻蜓的體長(zhǎng)比正常條件下的蜻蜓長(zhǎng)20%-25%，并且長(zhǎng)的更快。雖然不及石炭紀(jì)那種大小，還是能夠說(shuō)明氧濃度對(duì)蜻蜓的體長(zhǎng)有一定的影響。而這種影響具體的發(fā)生方式要從昆蟲的呼吸作用說(shuō)起。

    高氧含量環(huán)境下的蜻蜓體長(zhǎng)要比正常條件下的蜻蜓長(zhǎng)20%-25%

    麻雀雖小五臟俱全，但是你聽(tīng)說(shuō)過(guò)蟲子有心肝脾肺腎嗎？打蟑螂的時(shí)候，一拖鞋下去爆出來(lái)的只是一堆白乎乎的粘稠物。遇到蟲子時(shí)，大多數(shù)人會(huì)選擇避而遠(yuǎn)之，所以可能很少會(huì)去仔細(xì)地觀察一只昆蟲。

    但是觀察昆蟲的解剖結(jié)構(gòu)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們根本就沒(méi)有肺，那它是怎么呼吸的？如果養(yǎng)過(guò)蠶寶寶或者見(jiàn)過(guò)毛毛蟲的話，你一定會(huì)對(duì)它們身體側(cè)面的幾排或黑或紅的小點(diǎn)有印象。這就是大多數(shù)昆蟲的呼吸系統(tǒng)的組成成分之一——氣門。

    氣門與昆蟲體內(nèi)的氣管相接，氣管分支末端形成微細(xì)盲管可伸入組織內(nèi)或細(xì)胞表面。大部分的昆蟲全身都像這樣布滿了發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣便使得外界的氧氣可以自上而下運(yùn)送到身體各處，如此構(gòu)成了絕大多數(shù)陸棲昆蟲的氣門-氣管呼吸系統(tǒng)。

    我們平時(shí)會(huì)看見(jiàn)昆蟲的嘴在動(dòng)，它們不過(guò)是單純地進(jìn)食而已。你蒙住它的嘴巴，它也不會(huì)窒息。

    這種用全身呼吸的生物，也在用全身進(jìn)行著思考。昆蟲的腦子叫做“神經(jīng)節(jié)”，遍布于身體各處，控制著附近的器官，使昆蟲得以呼吸、進(jìn)食和消化。比如說(shuō)對(duì)于有翅的昆蟲，其位于胸部的神經(jīng)節(jié)就控制著它們的爬行與飛行。

    所以當(dāng)昆蟲失去自己的頭部之后，他們?nèi)耘f可以蹦跶幾天，最后死于饑餓與缺水。

    這種全然不同的生理結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對(duì)昆蟲來(lái)說(shuō)，其體型越大，需要的氣管就越長(zhǎng)，氧氣最后運(yùn)送到遠(yuǎn)處細(xì)胞的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，但是氧氣量更少，從而影響正常的生命活動(dòng)。而當(dāng)氧氣含量充足的時(shí)候，即使昆蟲的體型很大，也可以有足夠的氧氣輸送至體內(nèi)各處。

    體型較大的昆蟲氣管較長(zhǎng)，氧氣到達(dá)相應(yīng)細(xì)胞所需時(shí)間長(zhǎng)，而含量卻很低，便會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞沒(méi)有及時(shí)充足的氧氣供應(yīng)而死亡。

    在目前的氧氣含量情況下，氣管長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到了極限，攝入的氧氣量可以滿足它們正常的飛行或者爬行的需要。一旦體型再增大，昆蟲就無(wú)法正常生活。

    現(xiàn)在有些所謂的“巨型昆蟲”為了避免氧氣的不充分所帶來(lái)的影響，盡可能的使自己變得細(xì)長(zhǎng)，比如現(xiàn)在最大的昆蟲是中國(guó)的一種竹節(jié)蟲，其體長(zhǎng)可達(dá)62.4厘米。

    還有些昆蟲體長(zhǎng)不及竹節(jié)蟲，但是體型也不小。僅生活在新西蘭的幾個(gè)島嶼中的巨沙螽，其成年后可以長(zhǎng)到10厘米左右，體重可達(dá)80多克，是一般蝗蟲的50多倍。因?yàn)樯钤诠铝⒌膷u嶼中，缺乏大型天敵，所以巨沙螽從兩億年前到現(xiàn)在其形體特征幾乎沒(méi)有改變。

巨沙螽

    另外，生活在南美洲的亞馬遜雨林中的泰坦甲蟲是世界上最大的甲蟲之一，成年后可達(dá)17厘米，比人的手掌還大。有趣的是成年甲蟲從不進(jìn)食，而是到處飛來(lái)飛去尋找配偶。

    但并不是所有的實(shí)驗(yàn)都顯示出昆蟲體型與氧氣濃度的相關(guān)性。亞利桑那大學(xué)的昆蟲研究員喬恩·哈里森和他的同事展開(kāi)了更深入的研究。

    他們以蝗蟲、米蟲、果蠅以及一些其他昆蟲為研究對(duì)象，將同種昆蟲分別飼養(yǎng)于含有不同氧氣濃度的環(huán)境中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高氧環(huán)境中的個(gè)體不一定會(huì)變大，同樣的，在低氧環(huán)境中的個(gè)體也不一定會(huì)出現(xiàn)變小的趨勢(shì)。

    后來(lái)科學(xué)家又用果蠅做了相同的實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果與喬恩的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，即有的果蠅在高氧環(huán)境中體型增大，有的并沒(méi)有。

    但是在氧氣含量高，氣壓也高的情況下，他們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)果蠅培育到第五代時(shí)，身體尺寸增長(zhǎng)了20%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣壓可能也會(huì)影響昆蟲體型的大小。

    那么昆蟲為何放棄巨大的體型，反而走向小型化道路呢？這仍值得深入研究，但這無(wú)疑是適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)勢(shì)的動(dòng)物都會(huì)朝著巨大化發(fā)展，在穩(wěn)定環(huán)境中大型個(gè)體在搶占棲息地、捕食求偶中更為有利。

    寒武紀(jì)大爆發(fā)后，強(qiáng)勢(shì)的物種體型都不小，包括曾經(jīng)剛剛稱霸陸地的昆蟲。但是昆蟲后續(xù)的發(fā)展顛覆了這個(gè)規(guī)律，小型化讓它們幾乎占領(lǐng)了地球上每一處生態(tài)環(huán)境，昆蟲的種類和個(gè)體數(shù)量都是全球之最，是最成功的一類動(dòng)物。

    人家好不容易走出了一條嶄新的道路來(lái)，我們卻總是要搞什么巨大化的幻想，有問(wèn)過(guò)人家昆蟲的感受嗎？