昆蟲絕對(duì)是世界上最迷人的動(dòng)物群體之一，它們對(duì)身體的創(chuàng)新程度遠(yuǎn)超想象，幾乎每一種昆蟲都可以讓人眼前一亮。

同時(shí)，它們也絕對(duì)是最成功的動(dòng)物群體，可能沒有之一，超過 75%的已知?jiǎng)游飳儆诶ハx，僅螞蟻和白蟻就占世界動(dòng)物總生物量的20%。

古老的昆蟲化石，圖源：researchgate

目前已知最古老的昆蟲化石大約有3.58億年歷史，雖然那時(shí)候的昆蟲也是六條腿（這是昆蟲綱的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一），但它們沒有翅膀。

其實(shí)，昆蟲的演化路線謎團(tuán)重重，它們的化石在3.58億年前短暫地被發(fā)現(xiàn)后就進(jìn)入了6000萬年的沉寂，這個(gè)時(shí)段被稱為“六足間隙期”，這個(gè)時(shí)期很少有昆蟲化石被發(fā)現(xiàn)，它們就像在這個(gè)世界消失了一樣。

但在此期間，某些改變刺激了這個(gè)群體的大量繁殖。在身體結(jié)構(gòu)方面，其中最明顯的一個(gè)就是它們?cè)诖酥髶碛辛顺岚颉?/p>

翅膀讓它們征服了新的棲息地和生態(tài)位，昆蟲綱迅速成為最具多樣化和最成功的動(dòng)物類別，并至今仍保持著這一地位。

雖然，現(xiàn)在的昆蟲和脊椎動(dòng)物在瘋狂地進(jìn)行“天空競賽”——當(dāng)然大多時(shí)候昆蟲是為了躲避被吃掉，但昆蟲比脊椎動(dòng)物最少早9000萬年飛向天空。

蜻蜓是飛行高手，圖源：Alandmanson

事實(shí)上，由于昆蟲翅膀進(jìn)化的時(shí)間比脊椎動(dòng)物長很多，所以現(xiàn)在動(dòng)物界真正的飛行高手基本都是昆蟲群體持有。

然而，昆蟲不僅比脊椎動(dòng)物飛行能力更強(qiáng)，而且它們得到翅膀也沒有像脊椎動(dòng)物那樣妥協(xié)——失去自己的前肢變成一對(duì)翅膀。

相反，昆蟲更像是長出了會(huì)飛的翅膀，并保留了所有的三對(duì)腿。

那么問題就來了，為什么昆蟲可以這么不講道理，翅膀都能隨意長，而脊椎動(dòng)物卻必須把前肢進(jìn)化成翅膀。

昆蟲的翅膀是什么部位演變的？

雖然，現(xiàn)在昆蟲有各種各樣的翅膀，絕大多數(shù)沒翅膀的也有一個(gè)飛行的祖先，但其實(shí)昆蟲的翅膀被認(rèn)為只進(jìn)化了一次。

關(guān)于昆蟲的翅膀起源，現(xiàn)在依然是進(jìn)化生物學(xué)中最具爭議的問題之一，一個(gè)多世紀(jì)以來一直困擾著昆蟲學(xué)家，甚至有些科學(xué)家調(diào)侃這是世界的一個(gè)bug。

目前有三種假說建立這個(gè)問題的科學(xué)思考。

第一個(gè)是“背甲假說”，該假說認(rèn)為，最初昆蟲體壁的頂部可能進(jìn)化出一種滑翔膜，這種膜最終變成現(xiàn)在的翅膀。

但是這樣的翅膀真的能改造成一個(gè)可以自由煽動(dòng)的靈活結(jié)構(gòu)嗎？就進(jìn)化而言是很難的，所以又有了第二種假說——“肋膜假說”。

這種假說則認(rèn)為現(xiàn)在昆蟲的翅膀是由原始的腿形成的，只不過這些腿轉(zhuǎn)移到了背部，這種假說認(rèn)為昆蟲的翅膀是一個(gè)簡單的附肢。

其實(shí)，昆蟲的許多附肢都是經(jīng)過修飾的腿，比如頭上的那兩個(gè)觸角，以及嘴巴邊上輔助進(jìn)食的口器以前可能都是腿。

雖然，附肢可以解釋昆蟲翅膀能夠保持靈活的原因，但是它很難解釋現(xiàn)有的翅膀結(jié)構(gòu)，特別是這個(gè)附肢最初進(jìn)化的目的是什么呢，或者說它要變成翅膀會(huì)是一個(gè)艱難的過程。

所以，現(xiàn)在還有第三種解釋，就是“雙起源”，昆蟲的翅膀很可能是融合了它的背甲和腿的一個(gè)全新結(jié)構(gòu)，背甲提供了翅膀的膜，而腿提供了保持靈活的關(guān)節(jié)。

昆蟲翅膀的“雙起源假說”最初是在1974年提出的，這種進(jìn)化上的融合聽起來很奇怪，但這確實(shí)是有先例的。我們前面說的觸角和口器，其實(shí)都是和其它器官融合的結(jié)果，只是不像翅膀那樣讓人感覺難以完成而已。

那么，你可能還想知道，為什么昆蟲可以這樣隨意組合，而脊椎動(dòng)物卻不行呢？

為什么脊椎動(dòng)物不能這樣組合？

其實(shí)原因很簡單，昆蟲的身體就像一臺(tái)可以拼湊的機(jī)器，而脊椎動(dòng)物更像一個(gè)難以拆分的整體。

圖源：Takuma-sa

動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)是由同源盒結(jié)構(gòu)基因控制的，這些基因調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和特化的工作方式，決定眼睛放在哪里，腿和手又該放哪里…...

可以說，我們每一根骨頭，每一個(gè)器官的安放在基因?qū)用媸抢显缇蜎Q定了的。

在哺乳動(dòng)物中，同源盒結(jié)構(gòu)基因的突變通常是致命的，它可能導(dǎo)致心臟等內(nèi)部器官長到體外，所以這類基因突變的胎兒一般都無法成功生產(chǎn)。

昆蟲有一個(gè)簡單分節(jié)的身體結(jié)構(gòu)，它們的祖先就像現(xiàn)在的千足蟲一樣，身上有許多結(jié)構(gòu)相同的身體構(gòu)造。

現(xiàn)在的昆蟲看起來好像只被分成了三節(jié)——頭部、胸部和腹部，但其實(shí)每一個(gè)部分都有許多節(jié)組成。

比如，胸部就被分成三節(jié)，昆蟲的三對(duì)腿其實(shí)就是在胸部每節(jié)上各長一對(duì)的，另外翅膀也是在胸部的第二和第三節(jié)上各一對(duì)的。

昆蟲頭部和腹部現(xiàn)在都沒有腿和翅膀，但其實(shí)它們也是分節(jié)的，我們前面提到的口器和觸角都是從每一節(jié)的腿進(jìn)化來的，所以都被叫作附肢。

圖注：這些觸角、口器以前都是腿

這種重復(fù)簡單的身體計(jì)劃，在基因表達(dá)時(shí)，從一節(jié)中添加或刪除一些東西是非常容易的，因?yàn)橥春薪Y(jié)構(gòu)基因在每個(gè)節(jié)中都相似，它可以在不影響其它節(jié)的情況下完成。

而脊椎動(dòng)物，同源盒結(jié)構(gòu)基因一旦突變就會(huì)出現(xiàn)難以補(bǔ)救的后果，所以只能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行整改。

最后

昆蟲真的就像一個(gè)小機(jī)器一樣，它們的身體最初是由一些結(jié)構(gòu)相似的部分組成的，這種簡單的身體結(jié)構(gòu)就是它們?cè)谶M(jìn)化方面有著超強(qiáng)的創(chuàng)新能力的原因。

而脊椎動(dòng)物已經(jīng)復(fù)雜到難以更改，你可以想象一下，如果我們要添加一條手臂的話會(huì)怎么樣？

我們可能需要延長一些骨骼提供手臂的雛形，然后還要完全改變肩骨安放新手臂，另外還要徹底改變肌肉……

要改變這么多東西靠基因突變幾乎是不可能完成的，因?yàn)榭刂频幕蛱嗔恕?/p>

如果說昆蟲在進(jìn)化上相對(duì)低級(jí)的話，那么進(jìn)化本身肯定更加偏愛低級(jí)的動(dòng)物，因?yàn)檫@些動(dòng)物可塑性更強(qiáng)。

而那些更高級(jí)的動(dòng)物往往可能會(huì)用完進(jìn)化的潛能，最終進(jìn)入死胡同。