为什么昆虫在自然界中如此繁盛

昆虫繁盛原因的探究
方方1000012106
摘要：作为节肢动物门下的一个纲，昆虫无疑是成功的。

昆虫纲是动物界中种类最多的类群，种群数量庞大，形态各异，栖息地遍布全球，生命力极其顽强。

与许多濒临灭绝的动物相比，昆虫是如此成功：不论我们破坏它们的生存环境，还是绞尽脑汁想杀灭它们，昆虫却从不曾离开过我们是视线。

本文就从昆虫身体结构对陆生环境（缺水、复杂）的高度适应以及数量上的优势等方面，阐述了昆虫成为成功生物种类的原因。

关键词：陆生水分复杂生境数量优势
1陆生与水分
节肢动物是无脊椎动物中唯一真正适应陆生生活的类群，也是进化史上最早的陆生生物类群。

陆生需要解决的首要问题是水分。

昆虫的外骨骼、卵、呼吸系统及排泄系统等都适应陆生，具有保持水分的功能。

1.1外骨骼保水
同其他节肢动物一样，昆虫体表有一层坚硬的外骨骼。

外骨骼由上表皮、外表皮、内表皮组成。

上表皮由蛋白质、脂质、蜡质（陆生种类）构成，可以防止体内水分的散失（同时防止外界物质进入，如化学杀虫剂），因此昆虫可以在可以在干旱环境中生存。

外表皮由几丁质与蛋白质结合形成的糖蛋白组成，经鞣化后分子结构牢固；还有沉积的碳酸钙、磷酸钙使其坚固，有很好的保护作用。

外骨骼是肌肉的
附着点，与运动也有密切关联。

1.2卵的保水功能
昆虫的卵周围包着一层保护性的卵壳，卵壳之下是一层卵黄膜，在二者之间还有卵细胞分泌的一层极薄的蜡质，蜡质能防止水分散失，这是陆生的重要保障。

昆虫的卵在胚胎发育过程中一般有两层胚膜，即浆膜和羊膜。

与脊椎动物中的羊膜类相似，昆虫的羊膜也包围成一个充满液体的腔，即羊膜腔，从而使胚胎发育得以在液体环境中进行，从而彻底摆脱了对水的依赖。

1.3多样化的呼吸系统
昆虫的血液很少有运输气体的作用，由气管直接输入组织，其呼吸系统由具有弹性的气管组成，气管有许多分支，最后分成微气管，分布到组织，把氧气输送到全身，气管由气门开口于身体两侧，进行气体交换。

气管非常适应于陆生生活,由体壁内陷形成，具有疏水功能；同时一些昆虫的气管具有关闭功能，减少了水分散失。

另外，一些小型昆虫没有专门的呼吸器官，靠体壁呼吸，如蚜虫，这与体型小、体表呼吸已经足以满足身体的需求相适应；还有一些水声昆虫用鳃呼吸，一些内寄生虫通过寄主体表的蛀孔呼吸。

昆虫多样化的呼吸方式保证了它们对地球多种环境的适应。

1.4减少排泄水
昆虫的排泄是依靠马氏管实现的，其主要功能是排出虫体内的非气体代谢产物（主要是尿酸）。

尿酸无毒，又可作为固体随粪便排出体外。

尿酸随血液中的其他成分进入马氏管后，多余水分被马氏管的一
小段和直肠重新吸收（排泄物的大部分水分都被重吸收），排泄物很干燥。

此外，尿酸分子中氮与氢分子之比为一比一，相比其他排泄物（如尿素、氨）要少。

因此，昆虫的排泄适应了陆生缺水的生活。

2陆生的复杂环境
昆虫身体异律分节并愈合成头、胸、腹三个体区。

头部是取食和感觉中心，一般有触角、复眼（有的还有单眼）、口器等器官。

胸部是运动中心，生有3对足，高等种类还有2对翅。

腹部是生殖和代谢中心，有气管、内外生殖器等。

陆生环境比水中复杂得多，昆虫身体高度特化，发达的神经系统和运动系统为陆生生活提供了条件，取食方式的多样性以及变态发育扩大了了取食范围，增大了环境容纳量，使其有多种生态位。

此外，昆虫还有应对不利环境条件的能力。

2.1神经系统的复杂性
昆虫具有发达的感觉器官以及遍布全身的多种感受器。

发达的头部和感觉器官对复杂多变的陆生生活意义重大。

主要感觉器官集中在头部。

昆虫的触角形态功能各异，一般有近距离触觉作用，可以觉定是否停留、取食，远距离嗅觉则可以帮助寻找食物或根据性激素气味寻找配偶；还有的昆虫触角有特殊功能，如感受声波、超声波、保持身体平衡等。

头部的复眼存在于完全变态昆虫的成虫期、不完全变态昆虫的若虫期、成虫期，是主要视觉器官，对昆虫的取食、觅偶、避敌有重要意义。

复眼由许多小眼聚合而成，对色彩具有感知能力，而且对紫外光敏感。

有些昆虫还具有感光的单眼，单眼与昆虫
的节律有关。

许多昆虫还具有探测磁场和红外线的能力。

感受器可分为感触器、味觉器、嗅觉器、听觉器、视觉器。

多种多样的感觉为昆虫适应陆生的复杂环境提供了条件。

昆虫的神经系统分中枢神经系统、交感神经系统和周缘神经系统。

中枢神经系统包括脑、咽喉下神经节和纵贯于腹血窦中的腹神经索，整体上以脑为中心，又分工明确，保证了昆虫的神经高度有效地工作，调控复杂的行为。

交感神经系统又称内脏神经系统，控制内脏器官的活动。

周缘神经系统分布在体壁真皮细胞层下，包括来自中枢神经系统的感觉末梢，支配效应器作出反应。

2.2足、翅、肌肉与运动的强大功能
昆虫三对胸足是典型的附肢，是行走器官，对表面有很好的附着力，因此在各种表面上的行走能力强。

昆虫足跗节上的爪可以抓住粗糙表面，而中垫上有分泌的黏液可粘附在光滑表面上。

昆虫的足各式各样，功能各异，跳跃足如蝗虫的后足适于弹跳，携粉足如蜜蜂的后足可以收集花粉等。

大多数昆虫的成虫时期都有2对翅，翅是昆虫的飞行器官,为无脊椎动物中特有的，飞行扩大了昆虫的生存空间。

昆虫飞行时翅的基本动作包括上下拍击和前后摇摆。

昆虫是无脊椎动物中唯一有翅的动物，昆虫翅的起源与鸟类不同，鸟类的翅是由前肢转变来，而昆虫的翅则由胸部体壁向两侧扩展而成。

某些昆虫翅的上方弯曲，下方平直，所以翼上方的气流流动的距离长一些，比下侧气流流速快，由于高速流动的气体对物体施加压力小于低速流动的气体，故两种压力差产生
升力，使其飞行。

飞机的仿生学原理就参考了昆虫翅的飞行特点，然而仍然远不如昆虫的飞行灵活。

多数昆虫的飞行比较复杂，目前仍未完全清楚。

昆虫的肌肉为横纹肌，形成了独立的肌肉束附着在外骨骼内侧，依据杠杆原理，肌肉束收缩牵引骨板使身体运动。

这种杠杆原理的运动模式使得昆虫的运动能力较没有骨骼的软体动物等大大提高。

2.3休眠、滞育与对不良环境的适应
陆生伴随而来的季节更替、气候突变等不利因素发生的几率较水生高得多，昆虫的休眠、滞育能有效适应这种环境条件，从而使昆虫在不良环境中生存下来，环境适宜时又能重新发展繁荣，繁育后代。

休眠和滞育是指昆虫生活史中一段发育暂时停滞的时期。

休眠通常是对不良环境条件的适应过程，当不利条件消除后即可恢复正常的生长发育。

滞育则不是由不利条件直接引起，昆虫的遗传稳定性使其在自然界的不利条件尚未到来时就进入滞育期。

滞育受基因调控，基因通过激素直接控制滞育过程；滞育又受光照、温度等自然环境因素的影响。

因此，滞育是昆虫长期进化过程对环境的适应。

2.4多样的口器与取食
昆虫具有多种多样口器，因此食性复杂，因此增加了其对环境的适应性。

昆虫可以取食植物，捕食动物，寄生在其他生物体内或体表，而较特殊的是蜜食、血食、木食等等。

口器主要可分为咀嚼式和吸收式。

咀嚼式口器适应于取食固体食物，其中坚硬的上颚可以切断和磨
碎食物，因此可以食用很多其他动物难以取食的物质，比如拥有咀嚼式口器、发达上颚的白蚁甚至可以破坏房屋建筑。

吸收式口器由咀嚼式演化而来，其中某些部分特别延长，便于吸食营养更为丰富的液体；而且取食植物汁液不会对植物造成很大损伤，改善了昆虫与取食对象的联系，有利于共同生存以及昆虫的长期取食。

2.5保护色、拟态、警戒色与防御天敌
不少昆虫的体色与其生活环境密切相关，保护色可以减少昆虫被天敌发现并取食的可能性，如生活在草地上的蚱蜢身体多呈绿色。

拟态则比保护色更进一步，是指动物在外型、姿态、颜色、行为等方面模仿他种生物以躲避天敌的现象，例如竹节虫外形类似树枝，可减少被天敌发现并取食的几率。

还有一些昆虫（多有毒）具有鲜艳的体色以警示捕食者。

2.6变态发育
昆虫多为完全变态发育，幼虫期和成虫期生活环境以及食性相差很大，从而避免了同种昆虫在空间、食物等生态位上的竞争。

3数量优势
物种内个体多，对于不利条件的应对能力会更高。

下面是数量优势的取得方式与优势所在。

3.1身体微小
身体微小，个体所需食物、空间较少，种群所占生态位较小，因此能够在许多较大型的动物无法生存的环境中生存而且发育快，繁殖周期短。

比如，一小块草地无法提供一头羊的食物的，却可以维持许多
昆虫的生存繁殖。

3.2生殖特点的优越性
昆虫多为卵生，行有性生殖，且具有外生殖器。

在寻找配偶时，昆虫的性信息素起了重要作用，这种化学通讯方式避免了时间的限制。

昆虫受精方式为体内受精，而且有由附肢特化而成的外生殖器，雄虫可以直接将精液送入雌虫体内受精，交配大大提高了受精的成功率。

有性生殖在遗传进化方面有极大地优越性，但是不如无性生殖产生新个体的速度快。

而不少昆虫不仅可以进行有性生殖，也可进行孤雌生殖。

一种是产雄孤雌生殖，生殖方式多见于膜翅目昆虫，它们的二倍体受精卵发育为雌性，而单倍体未受精卵发育为雌性。

另一种是产雌孤雌生殖，例如蚜虫行周期性的孤雌生殖，它的生活史中无性生殖合有性生殖相结合，在稳定环境中无性生殖产生大量个体，在变化的环境中有性生殖产生适应性强的个体，这种生殖方式是其它生物不可比拟的。

有的昆虫一个卵产生两个或更多胚胎，每个胚胎发育成一个新个体，此即多胚生殖。

昆虫纲多样化的生殖方式使昆虫能产生大量个体，适应复杂的环境。

3.3遗传、变异与群体的相互作用优势
生态环境并非一成不变的，而昆虫却能从3.5亿年前的石炭纪一直生存至今，并且家族繁盛。

数亿年间，地球环境发生了巨大的变化，相应地，昆虫也对此做出了反应，进化出了适应不同环境的种类。

3.3.1个体数目多
根据达尔文自然选择的原理，过度繁殖使生存斗争加剧，只有最适
者才能生存下来，繁殖后代，将自己的优秀基因遗传给下一代。

这种选择的基础是过度繁殖产生大量可供选择的个体，而数目巨大的各种昆虫满足这一点。

3.3.2繁殖周期短的优势
短的繁殖周期可以对环境的变化作出快速的适应，群体的基因型随繁殖代数而改变，因此繁殖快则，基因型改变快，即进化快。

3.3.3有性生殖与遗传进化
有性生殖可以消除有害变异，使有利变异得到累积。

与无性生殖相比，有性生殖虽然增加了生殖的难度，但却有利于进化。

无性生殖的单纯复制模式使得有害变异世代相传，有利变异难以扩展，遗传多样性低，一旦环境发生改变就会受到极大冲击。

而有性生殖则相反，有性生殖带来的高度遗传多样性使昆虫在环境改变时迅速进化以适应新环境。

3.3.4数量优势举例：昆虫抗药性的进化
农业上大量的杀虫剂并未使昆虫绝灭，甚至使害虫产生抗药性。

这种进化可以作为一个实例体现昆虫群体进化的实质。

首先，害虫在杀虫剂尚未使用时，种群中多是纯合子敏感个体（SS）和少量杂合子个体（RS），纯合子抗性个体（RR）几乎不存在（抗性基因往往原本对生存不利，如人类地中海贫血基因）。

其后，用杀虫剂防治害虫，虫口密度下降，但抗性基因由于被药剂选择而逐代扩散并以杂合子形式大量存在，此时表现出低度抗性。

第三阶段，随着防治继续，害虫中抗性纯合子增多，防止失败，呈高度抗性。

这就是昆虫的抗药性进
化。

此后，若停滞药剂使用，由于选择压消失，害虫中群抗性基因频率因繁殖劣势或敏感基因的稀释而逐渐回落到一个很低的水平。

3.4社会性生活的群体取胜法则
有些种类的昆虫营社会性生活，如蜜蜂、蚂蚁等。

社会性生活的昆虫有觅食、生殖、防御等多种分工，不同分工的个体体态往往不同。

明确的分工使一切工作井然有序，提高了工作效率。

结论：昆虫的繁盛与其身体结构适应环境的高度特化以及多样性密切相关。

作为原口动物中进化地位最高的类群，昆虫由于对陆生的缺水、复杂生境使其占据了多种生态位（尤其是率先占据了陆地生态位），其数量优势（包括进化优势）促使其在3.5亿年前出现后的今天如此繁盛。

参考文献
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