第2章　妙趣橫生的昆蟲王國

昆蟲概述

昆蟲分為小而無翅的無翅亞綱（石蛃和衣魚）和有翅亞綱。有翅亞綱囊括了已知昆蟲種類的99.9%，它們的翅膀都長在胸部的第二和第三節上，這兩個體節通常融合，像個堅硬的小盒子，以承受飛行時產生的機械力。

對于昆蟲的起源，有好幾種不同的理論，但看起來它們似乎是從多足動物演化而來的，其直系祖先與綜合蟲類相似。除了外表皮，早期昆蟲的主要特征包括體腔之外的口器（外口式）、下口式的頭部（口器面朝下）、1對觸角、基部才有的肌肉、6條附肢、至少5節體節——胸部至少有3節，腹部至少有11節腹板（有些長在一起了），雌性第8節腹板處、雄性第9節腹板處長有一個開放的生殖器（生殖孔）。以上這些特征把昆蟲和其他屬于六足總綱的動物區分開了。

呼吸系統

像其他節肢動物一樣，昆蟲通過氣門呼吸，氣門與體內縱橫交錯的氣管相通。昆蟲大都有10對氣門，沿體側分布。每個氣門都由一個小閥控制。主管道（氣管）外延伸，成為更小的、一端封閉的微氣管，直徑不超過0.1毫米。微氣管的終端會有一種液體，是從周圍的組織中通過毛細作用吸進來的；當滲透壓或酸堿值發生變化使得組織變活躍時，液體就會被吸到微氣管的頂端。

氣管系統既能應對飛行時大量氧氣的需要，也能在靜止狀態時將水分的流失降低到最低值。飛行時，有些昆蟲每克體重每小時會消耗超過0.1升氧氣，這個新陳代謝率高于其他任何一種多細胞生物。昆蟲胸部的氣管和氣囊非常豐富，翅膀運動的時候能自動進行氣體交換，以蚱蜢為例，它每拍打一下翅膀就會引起約20毫升的氣體交換。有些體型巨大的甲蟲，其胸腔內還附生有兩對巨大的氣管以便飛行時輸送空氣——除了供氧之外還起降溫的作用，就像冷氣機一樣。

水棲昆蟲的氣管系統也具有優良的性能，既能像鰓一樣吸收溶于水的氧氣，也可以在水面外呼吸。改良的氣管還起到如眼后的反光毯、聲音共鳴器、隔熱體，甚至類似某些淡水生物的浮力器的作用。

繁殖和發育

變態，包括完全變態和不完全變態，是絕大多數昆蟲的特征。變態期間，成體主要擔當分散和繁殖的角色，幼蟲則處于發育和進食狀態，這也意味著它們要在不同的環境中去找尋更豐富的食物來源。

盡管有少數昆蟲是孤雌生殖（無性生殖），但大多數還是兩性生殖（有性生殖）。早期的陸生節肢動物都是由雄性把精囊產在體外，然后由雌性揀走。部分原始的六足綱動物如彈尾蟲或雙尾蟲仍然在使用這種方法。現代的昆蟲也有精囊，但雄性直接把精囊注入雌性體內，雌性要么一次性大量產卵，要么產數窩卵。有些雌性蟑螂卵被保留在體內，直到孵出一齡幼蟲；雌性蛇蠅一次在體內孵化1只幼蟲，直到這只幼蟲完全成形并立刻化蛹。雌性蠶豆蚜產卵后，卵立即在體內開始發育，這種孤雌生殖和“套疊式”的生殖方式結合在一起，大大提高了繁殖率。

有些種類的昆蟲在進食和產卵的地方交尾，比如糞蠅在糞便上、蛇蠅在哺乳動物體內、蜻蜓在水邊。有些則在標志性地界與異性約會，比如山頂、矮樹叢或樹上。曾經有一次因為大批蚊群如濃煙般聚集在教堂塔頂上，結果引來了消防隊員。東非的部分地區，上千萬的湖蠅聚在一起，集合成一塊塊點心狀，結果是被當地居民吃掉了。有許多種類，異性之間會彼此“召喚”著交尾。螢火蟲會閃來閃去做燈火表演，蟬、蟋蟀和蚱蜢發出尖而高的聲音，紅毛竊蠹喜歡敲出它們獨有的莫爾斯電碼，許多蛾類則釋放出信息素。

求愛行為在昆蟲中很普遍，有著長期而復雜的一套程序。這套程序對于雄性確認雌性的“匹配度”來說，比確認種類和分辨性別更加重要。求愛的雄性也許展示它翅膀上或其他器官上奪目的色彩，或者它們會唱歌，或翩翩起舞，或者釋放化學信息素。雄性之間有時會為了爭奪雌性而大打出手，比如有些長有角的雄性甲蟲，為了擊敗競爭對手，會將對手置于死地。在某些昆蟲種類中，這種爭端演變成了一種儀式，競爭者通過展示自己的體型和力量獲勝，不需要動武。

有時候一只雄性昆蟲會在交尾前看住某一只雌性昆蟲作為交尾的對象，一直等到它準備好。交尾時雄性會把精子注入雌性體內，然后它仍會一直看守下去直到雌性產卵，以確認它的父權。這之后，雄性要么在雌性體內塞入一個塞子，要么注射一種化學物質，使雌性不會再對其他雄性構成吸引力。

神經系統

昆蟲的頭部包括腦和咽下神經節，二者均由3個或更多的原始神經節相互愈合而成。昆蟲的胸腔和腹腔內也都有這種愈合的神經節。愈合的神經節使進入的信息更快地集中起來，減少了對神經元（神經細胞）數量的需求。

某些種類昆蟲的腦部包含了不下百萬個神經元，大多數（某些蠅類是97%左右）被用來分析來自眼睛和觸角的信息。腦的前部（前腦）有一對蘑菇狀的部分包含了豐富的微小神經元，這個區域并非僅僅集成感官輸入的信息，還負責發動某些行為模式。在蜜蜂和其他某些社會性昆蟲體內，這對“蘑菇”還負責存儲記憶，形態也遠比那些獨來獨往的種類要大。

昆蟲的神經系統最令人驚訝之處在于能通過較少數量的神經元控制非常復雜的習性。神經元具有高度的專化性、特異性，結構復雜，上百個神經元與遍布半個神經節的樹突一起形成了交感。

大多數感覺神經元與微小的表皮結構形成緊密的聯系，即機械性刺激受器，靠此實現身體各項功能。這些受器包括纖毛、剛毛、可變形的冠狀物（或鐘形感覺器）和對聲波敏感的鼓膜狀物質。有些機械性刺激受器能對外表皮內的應力，或昆蟲運動時抬起關節的拉伸力作出回應。

棲息地和環境

成年昆蟲的體長范圍介于不到0.2毫米長的寄生蜂（比某些原生動物還要小）到某些超過30厘米長的竹節蟲之間，最大型的昆蟲體重可能達到70克。問題是，為什么現代的昆蟲再沒有超過這個尺寸的呢？倒是3000多萬年前出現過體型更大的種類。答案也許在于大型昆蟲的生存空間都被興旺的脊椎動物（比如鳥類）占據了。但其實正因為昆蟲的體型受到限制，它們的棲息地就不會太單一，生活方式也同樣不會太單一。

外表皮上完美的防水層和氣門閥使昆蟲能在干燥的陸地上生活，包括極熱和極冷的地區。比如蟋蟀能在降雪期也過得很活躍，而各種各樣的甲蟲和蟑螂占據了熱帶沙漠地區。很多昆蟲通過冬眠和夏眠度過對它們不利的季節——有時以卵的狀態或蛹期，有時以靜止的幼蟲或成蟲狀態。昆蟲體內甘油的存在也能幫助它們抵御霜凍，當干燥的季節來臨時，它們會躲到洞穴中去保持靜止狀態。非洲搖蚊的幼蟲甚至可以讓身體組織完全脫水而不會死亡，幾年后再把這種處于隱生狀態的幼蟲重新放進水中，它又能很快地活過來。

蠅類，包括蚊子，還有其他一些目的昆蟲的幼蟲期，甚至某些種類的成年期，會變為次水生——棲息在各種各樣的淡水環境中。此外，因為得益于快速的分布和短暫的生命周期，許多種類的昆蟲非常善于開拓新出現的棲息地，比如日漸縮小的冰川地帶、火山爆發地區、地震區或者火災后的地區。