昆虫变态——自然界中的终极变身魔法

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△ 来源：www.greenbiz.com

我们从小时候就知道，小小的蝌蚪历经艰辛找到的妈妈是青蛙，丑丑的毛毛虫长大了就会变成美丽的蝴蝶，水中的孑孓将来会成为吸血的蚊子......

这些自然界中最为意想不到的转变就是「变态」。

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变态发育

△ 来源：allyouneedisbiology.wordpress.com

在自然界中，变态发育现象十分普遍，大部分的昆虫、鱼类、两栖动物、软体动物、甲壳类动物等都会发生。

© Sabine Deviche

对于昆虫而言，变态指的是在其个体发育过程中，特别是虫宝宝到成虫阶段要经历的一系列变化。

其中，最典型的变态就是毛毛虫变成蝴蝶的完美逆袭。

在这场华丽的变身中，蝴蝶不仅有了美丽的外表、飞翔的本领，还担负着繁衍后代的责任，与幼时的毛毛虫简直判若两虫。

△ 凤蝶毛毛虫（来源：www.kickvick.com）

△ 凤蝶成虫（来源：www.kickvick.com）

因此，变态不只是简单赋予了昆虫外形的改变，还可以让成虫获得飞行和生殖的能力，这有利于昆虫的迁飞转移，并且扩大求偶交配及生存空间。

如今，地球上有多达 65% 的动物物种都是经历变态发育的昆虫，这也说明了它们变态策略的成功。

© Barta IV

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全变态

昆虫的变态类型有全变态、不完全变态，以及非常原始的增节变态、表变态和原变态。

在所有变态发育中，占据最主流位置的就是全变态。昆虫纲中最繁盛的四个目——鞘翅目、鳞翅目、膜翅目、双翅目都是全变态昆虫。

△ 来源：teacher.scholastic.com

全变态昆虫一生要经历卵、幼虫、蛹和成虫 4 个不同的虫态。

△ 来源：askabiologist.asu.edu

这种变态发育方式，可以让幼虫与成虫有着完全不一样的食性和生活习性，比如吃素的芫菁成虫和吃荤的芫菁幼虫。

这在很大程度上避免了同种昆虫对食物资源和生存空间的竞争，也难怪全变态昆虫占所有昆虫种类的 80% 以上。

△ 来源：en.wikipedia.org

然而，其幼虫和成虫之间形态的巨大差异，却曾一度让人以为它们是两种完全不同的昆虫。

中世纪的欧洲，人们把昆虫看作是魔鬼生物，认为那是腐烂和肮脏的产物。也就是说昆虫是没有源头、自发地从泥土中或者腐烂物中萌生出来的。

数百年间，这一看法都占据主流，就连学术界都普遍认为昆虫的幼虫、蛹和成虫是完全独立的生物个体。

△ 来源：www.zmescience.com

十七世纪以后，科学家们开始质疑各种旧的观念，但是对于昆虫全变态的认知依然矛盾重重。

一些科学家甚至提出了稀奇古怪的观点，比如有博物学家就认为蝴蝶起源于两种古老物种——一种在地上生活，一种在空中飞行的昆虫之间偶然交配后产生的。

© Cathy Keifer

直到1699年，荷兰生物学家扬·斯瓦默丹通过在显微镜下解剖了大量昆虫，证实了幼虫、蛹和成虫是单个个体发育的不同的阶段，而不是不同物种。

△ 他是最早在解剖中使用显微镜的人之一（来源：en.wikipedia.org）

与他同一时代的德国自然主义者和科学插图画家梅里安则花费多年时间观察和记录了苏里南的昆虫变态发育情况。

1705年，她发表的《苏里南昆虫变态图谱》描绘了昆虫完整的生命周期。在她的作品发表之前，人们对昆虫变态的发生情况知之甚少。

由于她对蝴蝶变态的仔细观察和记录，还被博物学家大卫·爱登堡 David Attenborough 认为是昆虫学领域最重要的贡献者之一。

△ 她的画像和作品还被印在德国的纸币上

现在，随着科学家对于全变态昆虫研究的深入，人们揭开了幼虫可以发生翻天覆地变化成为成虫的秘密。

原来，这些虫宝宝们早早就做好了变身的准备，在它们的体内存在着特殊的构造——器官芽，也可叫作成虫盘。

这些细胞群在将来可以变为成虫的各种器官，如触角、复眼、双翅、六足和生殖器等。

△ 来源：见水印

只不过，在幼虫早期阶段，器官芽会安静蛰伏，并不表现出来，直到幼虫发育后期或蛹期才开始分化。

当昆虫进入蛹期后，虽然从外边看来，它们不吃不喝、一动不动，而实际上内部却发生着剧烈的变化。

幼虫的许多组织开始解离，成为一团富含蛋白质的"浆糊"，想必吃过蚕蛹的小伙伴会对此深有体会。

之后，这些被分解的物质则继续发挥作用，参与到成虫的组织形成中。

△ 蝶蛹的三维扫描

昆虫也只有这样，敢于打断筋骨和血肉才能破茧成蝶，重生成完全不一样的自己。

△ 图片来源：见水印

参考资料

[1] Tristan Lowe et al.《Metamorphosis revealed: time-lapse three-dimensional imaging inside a living chrysalis》

[2] Ferris Jabr. 《How Did Insect Metamorphosis Evolve?》

[3] 曾保娟,冯启理. 《昆虫的变态发育研究》

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