「螃蟹的腿」,進化成了「蝴蝶的翅膀」?科學家還真找到了證據

2021-01-18 網易

　　如果我說，蒼蠅、蜜蜂這樣的昆蟲綱動物，最初都是由螃蟹、龍蝦所屬的甲殼類動物演化來的，你會相信嗎？

　　外形差異巨大的「近親」

　　

　　乍聽之下覺得奇怪，但是想一想又覺得非常合理。二者同屬於節肢動物門，其中很多其他綱的動物，都被一些人誤認為是昆蟲，比如蠍子、蜘蛛都是蛛形綱動物、潮蟲屬於甲殼綱，都像其他蟲子一樣讓人感到噁心。當然，今天我們說到的不是這幾種動物，而是節肢動物門的另一個分支——甲殼類動物。

　　事實證明，這些甲殼類動物確實和昆蟲們有些「血緣關係」。最新的研究表明，今天遍及世界各個角落、數量極其龐大的昆蟲家族，正是由甲殼類生物演化來的。

　　目前科學家們普遍認為，地球上最早的昆蟲出現於大約4.8億年前，是從生活在水裡的甲殼類生物演化的。它們首先逐漸離開了海洋，嘗試在陸地上生活，並且享受到了陸地所帶來的好處，長期定居下來。

　　

　　在大約8000萬年後，隨著越來越多的生物開始向陸地發展，陸地生態系統越來越複雜，昆蟲的祖先們不得不一躍而起，飛上了天空。考慮到翼龍所在的恐龍時代開啟於大約2.25億年前，鳥類是由恐龍演化而來，以及哺乳動物出現於大約2億年前，那麼昆蟲的的確確是地球上最早的飛行動物，比其他任何飛行動物存在於地球上的時間都長了至少一倍。

　　那麼問題來了：第一隻飛行的昆蟲是如何飛上天空的呢？它的翅膀又是從何而來的呢？

　　甲殼類動物的腿？

　　

　　數百年來，這個問題一直困擾著科學家們。我們都知道，物種的進化源自於基因突變加自然篩選，而基因突變又是不定向的。在長達一個世紀的時間裡，很多人都把昆蟲的翅膀出現歸因於隨機的新組織結構所產生的。近些年來，越來越多的人相信：昆蟲的翅膀是從甲殼類動物已有的組織結構中變化而來的。

　　最開始，人們把關注的重點放到了鰓上，因為鰓既有關節也有肌肉，符合翅膀的要求。更重要的是，有些甲殼類動物在幼年的時候，鰓的外形也和昆蟲翅膀非常相像。

　　而最近的研究表明，昆蟲翅膀的來源可能並非是鰓，而是腿。奇怪了，翅膀看似都在昆蟲後背上，腿都在身體下方，為何科學家會有這樣的想法呢？有兩項研究給出了證據。

　　

　　第一項研究來自於對一種名叫Parhyale hawaiensis的蝦的研究，通過基因敲除技術，研究人員發現了其體內有類似於昆蟲翅膀的基因網絡，而這段基因控制的正是它的甲殼和最靠近身體的腿部。這意味著甲殼類動物的腿就有可能從體壁擠出來，最終演化為翅膀。

　　同樣的，第二項研究也採用了基因敲除技術，對果蠅等昆蟲進行了研究。結果表明：昆蟲的三對足，和甲殼類動物的前三對足幾乎完美匹配。也就是說，在從甲殼類動物演化到昆蟲的過程中，前三對足沒有任何變化。

　　那麼問題來了：第四對足去哪了呢？

　　遺失的雙腿

　　

　　來自伍茲霍爾海洋研究所的分子生物學家Heather Bruce為了探究這個問題的答案，翻閱了大量的資料。在發表於1893年的一篇論文中，作者指出昆蟲的這一對足已經融入到體壁中，甚至有的在胚胎時期就融合在一起了。

　　她並不滿足於這個答案，並且繼續查閱資料。在一篇發表於20世紀80年代的論文中，她似乎找到了想要的答案。論文中提出了一個新鮮的觀點：這兩條腿不僅融進了體壁，而且腿上的葉片慢慢移動到了背部，形成了昆蟲的翅膀。

　　Bruce對這個說法很感興趣，馬上和她的同事們利用基因組和胚胎的數據進行驗證。結果發現，論文所說的完全正確：首先，近端腿的葉片會融入體壁，然後最近的部分會逐漸向上移動，一直到背部，最終變成了翅膀。

　　

　　這兩項由不同的研究團隊發表於《自然生態學與進化》上的論文，雖然在有些方面存在分歧，但在昆蟲翅膀的來源方面達成了一致。在閱讀了這兩篇論文後，相關領域的專家評論說：「關於腿部和翅膀的基因的互補性觀點，讓這兩個團隊在回答關於甲殼類動物轉變為有翅膀的昆蟲的一些關鍵問題時形成共識。他們認可昆蟲的側體壁與Parhyale蝦近端腿來源相同的說法，也認可甲殼類動物腿部融入體壁後形成了翅膀的理論。 」

　　分歧

　　當然，雙方也不是在所有問題上都高度一致。

　　

　　第一項研究中的科學家認為，昆蟲的翅膀進化採用的是雙重起源的模式。也就是說，他們認為不僅僅是融入體壁的腿，連體壁也參與到了翅膀的形成過程。

　　而對於第二組研究人員來說，他們認為在形成翅膀的過程中，基本上只有那兩條腿的參與。兩條腿先是融入到體壁內，然後再從背後擠出來，形成翅膀。

　　不管怎麼說，至少在昆蟲翅膀來自於甲殼類動物腿部的說法，雙方達成了共識。

　　多年以來，人們一直以為昆蟲的翅膀是新演化出來的身體部分，並且因此而感到非常有趣。事實證明，沒有什麼是全新的，通過基因組的比較我們已經知道，這些昆蟲的翅膀也只不過是從已有的身體部位演化來的，只不過這個來源仍然還有些不清楚的地方。

　　

　　好在通過基因組的研究，這些謎題正在一點點被破解。在本次研究之後，我們也更加意識到節肢動物門裡的昆蟲和甲殼類動物之間，竟然有如此密切的關係。通過現今世界上的甲殼類動物及其身體上的各個部位，我們可以更好地去研究它們和昆蟲的歷史。

　　不管怎麼說，我們已經越來越接近真實答案了。在大約4億年前，地球上第一隻飛行動物是如何上天的，已經變得越來越清晰。儘管我們在這件事發生的4億年後才出現，但我們已經接近看到事情的真相了。

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