征服世界的甲虫

形形色色的甲虫(赵力摄)。

有一则故事广为流传:在20世纪40年代,一位神学家问生物学家霍尔丹:“在上帝的诸多杰作中,什么最能够体现造物主的思想呢?”霍尔丹感叹道:“上帝一定是对甲虫偏爱有加。”尽管这个故事可能是虚构的,但它仍然向我们揭示了一个不争的事实:仅从甲虫无可匹敌的物种数量来看,上帝确实对甲虫情有独钟。

种类繁多

对于甲虫这个在进化上异常成功的生物类群,有两个问题一直困扰着我们。第一,地球上到底有多少种甲虫?第二,它们为什么如此繁盛?人类在不断探索这些问题,了解得越深入就越被这类生物所呈现的独特魅力所吸引。不管是想理解进化的机制、生物圈的作用机制,还是想了解板块运动如何塑造了大陆,甲虫都能给我们提供完美的答案。

地球上到底有多少种甲虫?世界上的生物多彩缤纷、各不相同,这就需要解决物种的分类,需要有一个可靠的命名方法来对各种生物进行整理和排序。这就要感谢300年前瑞典的一位父亲。他没有因为儿子疏于功课学习,就把儿子送到补鞋匠那里当学徒,而是又给了儿子一次机会,让他追求自己的爱好。因此我们才有了一位分类学天才——卡尔·林奈。

1753年,林奈创立了双名法,统一用两个拉丁词来代表一个物种的名字,即属名和种名,这样既准确简洁,又能避免混淆。比如灯笼草原来的名字为Physalis amno ramosissime ramis angulosis glabris foliis dentoserratis,这种冗长的特征词串非常不便于书写和记忆,林奈把它简化为Physalis anguulata。在此后的200多年间,众多的分类学家前赴后继,按照林奈的双名法为甲虫命名,大大提高了分类整理的效率。采用林奈的分类方法,平均每天有至少4个甲虫新物种被发现、描述和命名。进化论的先驱查尔斯·达尔文和阿尔弗莱德·华莱士也都是狂热的甲虫爱好者。

截至20世纪末,科学家们一致认为,已经发现和记载的甲虫有40余万种。这一数据的取得是基于全世界博物馆的馆藏标本和过去250年间海量的文献记述。比起只有5500余种的哺乳动物,1万余种的鸟类,8.5万余种的软体动物,以及25万余种的植物,很显然在物种多样性方面,甲虫的种类之多远远超过了其他的多细胞生物。

当大多数甲虫分类学家认为可以喘一口气休息一下的时候,昆虫学家特里·欧文在1982年的一项“雨林实验”让大家不得不再次对甲虫的种类瞠目结舌。欧文在巴拿马雨林中做了一个“虫口普查”。他先在树下铺好网,然后向树木喷洒杀虫剂,再收集所有掉入网中的甲虫。他仅从一棵裂榄树上就收集到了1200多种甲虫,其中不乏一些新物种。欧文再根据别处甲虫的分布情况、森林里其他树种上生物的数量以及雨林中树木的总数量,利用数学模型,推导出雨林里5万种已知的热带树种上大约生存着1200万种甲虫。

那么,地球上到底有多少种甲虫呢?生态学家们对此一直争论不休,因为使用不同的teAJg8NVzVwutut9TIWfH9gsCUVptukPhhVxDR9XgeM=公式推导出的结果从100万到3300万种不等,但大多数学者们比较认可100万种这个说法。这个数字就已经相当于我们现在发现的所有昆虫物种的数量总和。这太疯狂了——原来自然界还潜藏着那么多种没被发现的甲虫!

鞘翅的演化

欧文的“雨林实验”显示出意想不到的甲虫多样性。有些甲虫后翅渐渐退化,变成了只能在地上爬来爬去的家伙,比如步甲、拟步甲。还有一些甲虫,鞘翅上长满了钉子一样的突起,可以起到很好的防御作用,如叶甲。

现在来探讨一下第二个问题,甲虫为什么如此繁盛?在3亿~3.5亿年前的石炭纪,甲虫开始在地球上逐渐繁盛起来。在这一时期的某个时间点,甲虫祖先的前翅由早期的膜质进化成了皮革质,而其后翅仍然保持原样,还是柔软的膜质。这样当甲虫祖先振翅飞入松动的苏铁树皮缝隙或倒地的树蕨缝隙时,坚硬的前翅能够保护柔软的后翅。

久而久之,前翅演化成更为坚硬的鞘翅,并且丧失了飛行的功用,甲虫的飞行全部依赖柔软的后翅。现代甲虫的鞘翅非常多样,长短不一,五颜六色,赋予了甲虫独特的美感:有些甲虫在演化过程中,后翅渐渐退化,变成了只能在地上爬来爬去的家伙,比如步甲、拟步甲;有些水生甲虫,鞘翅下面隐藏着储存空气的小空间,而这些小空间直接和气管相连,当它们在水下活动时。这就成了它们的“氧气罐”,如龙虱、水龟甲;有些生活在干旱地区的甲虫,鞘翅下同样有一个小空间,能够隔绝身体与外界,相当于一个隔热层,使身体不受外界高温的影响;还有一些甲虫,鞘翅上长满了钉子一样的突起,可以起到很好的防御作用,对于小鸟而言,吃这种虫子可不是一种愉快的体验。

除了这些外在的好处,鞘翅本身也是甲虫的保护伞和救命护甲。2016年,美国印第安纳大学卢明顿分校的戴维·林茨博士和他的同事们做了一系列对比研究,让带鞘翅甲虫和去鞘翅甲虫同时暴露在各种环境压力下,以测试鞘翅对于甲虫的重要性。研究者们首先利用外科手术的方法摘除了部分红粉甲虫的鞘翅,然后分别测试它们在狼蛛攻击下的存活率、是否会在低湿度下变干燥、随时间推移膜翅的损伤程度以及能否在4℃的低温下生存24小时等。实验结果表明,被摘除鞘翅的甲虫,其发病率和死亡率都比没有被摘除鞘翅的甲虫高得多。

食物多样

有些水生甲虫,鞘翅下面隐藏着储存空气的小空间,如龙虱、水龟甲。

甲虫之所以能够如此繁盛的另一个重要原因,就是它们几乎不挑食,什么都吃,包括植物、动物、粪便和真菌等。甲虫幸运地赶上了一个新时代的开端,那就是1亿~1.2亿年前有花植物的出现,这直接使得甲虫的数量激增了600倍。今天,取食植物的甲虫主要有叶甲、天牛和象甲。这三大类甲虫就有13.5万种之多,占了植食性甲虫的80%,以及所有植食性昆虫的半数。它们几乎喜欢取食植物的任何部位,包括块茎、根、芽、树皮、叶片、花蕾、花朵、种子和果实。

取食植物的甲虫主要有叶甲、天牛和象甲。这三大类甲虫就占了檀食性甲虫的80%。有些甲虫取食其他动物的粪便,如粪金龟。还有一些甲虫喜欢吃真菌或者动物的腐肉,如埋葬甲。

在南美、南非、澳大利亚和新西兰的某些地区,一些古老的甲虫(大约有225种)喜欢取食那些原始的、最早占领地球的植物,如松柏和蕨类植物,其中松树携带的花粉和富含营养的雄性球果是很多这类甲虫的主食;有些甲虫的幼虫会钻蛀到树枝或树干里,取食树木组织,并利用自己肠道的共生菌消化纤维素,比如天牛;肉食性甲虫(目前已经发现的约有3.4万种)通常都行动敏捷、非常凶猛,捕食比它们个子小的昆虫或者其他小动物,比如步甲喜欢吃蜗牛,虎甲喜欢吃蚂蚁;有些甲虫取食其他动物的粪便,它们把卵产在粪便中,让自己的后代出生后食物无忧,如粪金龟;还有一些甲虫喜欢吃真菌或者动物的腐肉,如球甲、蕈甲和埋葬甲。丰富多样的食性,使得它们能够充分利用大自然的馈赠,各取所需,保证种群的繁衍生息。

甲虫独有的鞘翅和灵活多样的食性,使得它们能够适应非常多样的生存环境,从中美洲的云雾森林,到世界上最干旱的沙漠,它们无处不在,成为生态持续性和生态907f67240a3ca582f06448089eaed520系统变化机制的独特见证者。

鞘翅目,是昆虫纲中乃至动物界中种类最多、分布最广的第1大目。这个类群的前翅角质化、坚硬、无翅脉,因此得名“鞘翅”。鞘翅目共4亚目(原鞘亚目、菌食亚目、肉食亚目、多食亚目),178科,33万种,属有翅亚纲、全变态类。

鞘翅目体形差异甚大,体壁坚硬,口器咀嚼式,触角形状多样,多10~11节;前胸发达,中胸小盾片外露。前翅为角质硬化的鞘翅,后翅膜质;幼虫为寡足型,少数为无足型。常见昆虫有:天牛、瓢虫、萤火虫、屎壳郎、斑蝥、独角仙、吉丁虫、芫菁、金龟子、锹形虫、叩头虫、龙虱和米象。

生存环境

在英国,昆虫学家们曾经开展过一个有趣的研究项目。他们尝试利用取食腐木和真菌的甲虫來鉴定古老的林地。所谓古老林地,是指树木至少连续生长了1600年的林地。其实这是很难证实的,因为树木总是阶段性地死亡,然后重生。很多古老林地里也不是总有那么长寿的树木来完整地见证林地的历史变迁。而那些脱落的树枝、腐烂的树木则为一些脆弱的、需要特殊条件或者需要缓慢定居的甲虫提供了稳定的微栖境和生态位。

科学家们发现,不同年代的不同木材被真菌不断循环利用,处于腐烂的不同阶段,通过研究取食这些腐木的特有甲虫及其丰富度就可以从侧面反映林地的古老程度。例如一种小型的土褐色的象鼻虫。仅在伦敦西部的里士满、温莎和斯劳之间的一片狭长区域内生存。科学家对英国前200个古老林地中的近600种稀有甲虫物种及其多样性进行的调查,证实了那些最大的、最著名的、记录最完整的古代林地,其古老程度排名也最靠前,曾经是皇家狩猎场的温莎森林位居榜首。也就是说,越古老的林地,生物多样性也越丰富。

这些甲虫的栖息地很容易因林地开发而遭到破坏,因此,保护古老林地对于保护甲虫的多样性也非常重要。特定甲虫栖息于特定的环境,使得它们成为全球生态系统整体健康状况的环境指标,例如水生甲虫群落的多样性能揭示淡水质量的好坏,土栖性甲虫的丰富度能够反映土质的优劣。

越古老的林地,生物多样性也越丰富。保护古老林地对于保护甲虫的多样性也非常重要。

警钟敲响

甲虫对于研究大陆漂移的学者来说,是一类不可多得的研究材料。有一个非常经典的例子。维多利亚时代的旅行者发现了一个有趣的现象:虽然西非和南美距离如此遥远,但在两地分布的金龟子和吉丁虫却长得非常相似;“华莱士线”两边的加里曼丹岛和苏拉威西岛只隔着104千米的海峡,但两岛分布的金龟子和吉丁虫却是差异很大。板块构造学说后来给出了一种合理的解释:当甲虫在地球上繁盛时,南美大陆和非洲大陆彼此相连,到了白垩纪中期(约1亿年前)才分离开,而自三叠纪(2.08亿年前)以来,加里曼丹岛和苏拉威西岛始终没有连接过。翻开现今的世界地图,如果你细心比对,你会发现南美大陆的东海岸线与非洲大陆的西海岸线凹凸基本吻合。

甲虫的种类和数量正在因为栖息地破坏、气候变化和环境污染等一系列人为因素而不断减少。图为蓝头叶甲(赵力 摄)。

17世纪时,在采矿设备相对简陋的条件下,英国的煤矿工人每次下井都会带上一只金丝雀作为“瓦斯检测指标”,因为金丝雀对瓦斯这种气体十分敏感。今天,甲虫就是气候变化的“煤矿金丝雀”。最近,科学家们在厄瓜多尔寒冷的高山苔原调查了这一区域内甲虫的数量,并把这些数据与19世纪末和20世纪的数据进行了比较,结果显示:高山苔原的特有甲虫数量正在减少,而且这种趋势正随着气候变暖而加重。这些经过数百万年的进化才适应这里高寒气候的甲虫,最终可能会从这一区域彻底消失。与此同時,荷兰研究者在1980~2004年间对双斑瓢虫的一项调查也显示:原本更适应内陆寒冷气温的黑色瓢虫正被过去只在温暖海岸分布的红色斑点瓢虫所取代。

这些现象为我们敲响了警钟,甲虫的种类和数量正在因为栖息地破坏、气候变化和环境污染等一系列人为因素而不断减少。国际自然保护联盟的一份报告称,欧洲近五分之一的腐木甲虫正处于灭绝的危险之中。所以当回答世界上到底有多少种甲虫这个问题时,几乎可以肯定的是,我们将永远无法知道确切的数量,因为人类如果还像现在这样对待生态环境,大多数甲虫物种会在我们发现并为之命名之前,就已经永远地消失了。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午11:28。
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