欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

昆虫演化趋势(课程作业)

2022-06-22 11:16 作者:躲在被窝里看文献  | 我要投稿

引言

        昆虫是动物界第一大门的第一大纲,昆虫已知种类数量多达100多万种,据推测,整个昆虫群体可能有1000多万种,甚至可能是3000多万种。昆虫数量之多,主要是它们有三个显著优势:其一,昆虫是无脊椎动物中唯一具有飞翔能力的,也是最早飞上天空的动物,飞翔能力既能帮助它们迁移扩散,寻找食物,还能帮助它们躲避捕食者;其二,变态发育使得昆虫发育的每个时期都分工明确,幼虫期疯狂进食,成虫期则开始繁殖大业;其三,强大的繁殖力,繁殖是昆虫保证种群延续以及繁荣的重要手段,昆虫有着其极强的繁殖能力和特殊的繁殖体系。当昆虫发现自身数量如此庞大,为了减少互相竞争,生存下去,昆虫家族的成员开始向各方向进行演化,寻找生存之道,逐渐形成了目前昆虫纲下的不同目。而影响其演化方向的因素主要有三:Ⅰ对栖息环境的适应;Ⅱ和植物之间的协同进化;Ⅲ昆虫之间的竞争。

1. 栖息环境

        首先,根据其生活时间可分为夜行昆虫和日行昆虫,在对夜间空中昆虫群落结构的研究中,发现鳞翅目昆虫都占到总数的50%以上,半翅目占20%左右,剩余的为其它目[1,2]。鳞翅目中主要是蛾,与鳞翅目的蝶相比,蛾的触角具有丝状、栉齿状或羽毛状三种类型,而蝶只有棒状触角。而栉齿状和羽毛状触角的表面积显著大于棒状触角,这更有利于蛾在黑暗的环境中接收外界信息,毕竟复眼的感光和成像作用在黑暗环境中受到了严重的限制。

        除了生活时间的区别以外,生活环境的不同,也对昆虫的演化产生了潜移默化的影响。主要分为四类:长时间生活在空中、生活在地表、生活在土壤中、生活在水中。在对草原上空的昆虫种群结构研究中发现鳞翅目和鞘翅目昆虫占多数,而这两类昆虫的翅都较为发达。当然,其它目的昆虫的翅也有很强的飞行能力,如蜻蜓目,可能是调查生境与时间的原因,并没有发现蜻蜓目昆虫。在地表生活的昆虫包括有翅或无翅,有翅但已不善飞翔,或只能爬行和跳跃,日常生活中见到的蟑螂,虽然有翅,但很少飞行,其中的德国小镰甚至丧失了飞行能力,大部分时间都在地上爬来爬去,与飞行相比,这更有利于它们隐藏自己。有些善飞的昆虫,其幼虫期和蛹期也都是在地表生活[3]。土壤中生活的昆虫多数以植物的根和土壤中的腐殖质为食料。最常见的莫属直翅目的蝼蛄,半翅目蝉的幼虫以及鳞翅目夜蛾的幼虫(地老虎),前两个都具有强大的开掘足,虽然地老虎不具有开掘足,但其藏在土壤中,昼伏夜出。除此之外,膜翅目中的蚁类大部分也生活在土壤中[4],这时候翅对它们就显得没有哪么重要了,有一部分会在交配繁殖期间长出翅,但随后有会将其脱落。在水中生活的昆虫也可分为两类,终生生活在水中,如半翅目的负子蝽、田鳖、龟蝽、划蝽等,鞘翅目的龙虱、水龟虫等。以及幼虫期生活在水中,如蜻蜓、石蛾、蜉蝣等。水生昆虫具有一些共同特点:体侧的气门退化,而位于身体两端的气门发达或以特殊的气管鳃代替气门进行呼吸作用;大部分种类有扁平而多毛的游泳足,起划水的作用[5]。寄生性昆虫的特定是体型较小,活动能力与其它昆虫相比较差。有些寄生性昆虫终生寄生在哺乳动物的体表,依靠吸血为生,如跳蚤、虱子等。有的则寄生在动物体内,如马胃蝇。另一些昆虫寄生在其它昆虫体内,主要有小蜂、姬蜂、茧蜂、寄蝇等。

2. 昆虫与植物间的协同进化

        植物是昆虫最主要的食物来源,但植物的传粉、传播与昆虫的活动同样密切相关。昆虫从植物上获取营养的方式主要分为两类,采食和寄生。在昆虫选择取食植物的过程中,要依赖敏的感觉作用,包括视觉、嗅觉、味觉和触觉对不同种类植物所含的次生代谢产物能准确识别,对有毒的次生物质借本身的酶系进行解毒对植物外表的物理性状也能区别,在植物的理化性质中目前认为差异最大、对昆虫产生决定性影响的是植物含有种类繁多的次生性代谢产物,即植物次生物质[6]。Meret Huber和 Matthais Erb发现昆虫消化酶对植物防御物质的代谢改变了食用植物的选择[7]。

        协同进化由Ehrlich和Raven在1964年研究某些蝶类与植物的关系时提出(图一)[8],至今,协同进化被定义为一个物种的个体行为受另一个物种的个体行为影响而产生的两个物种在进化过程中发生的变化。昆虫与植物间的协同进化可分为生理方面和形态方面。生理方面主要是植物对昆虫的化学防御机制,如棉花中主要存在两种次生物质,棉酚和单宁[9];和昆虫对寄主植物的选择和适应,如王柄权等发现草地贪夜蛾的解毒能力可通过植物次生代谢物质(烟碱、黄酮、棉酚、香豆素)诱导增强,从而提高其对有毒物质的抵抗力[10]。昆虫与植物相互作用所形成的最常见的关系是植物为昆虫提供食物和栖息场所,有些昆虫为植物传授花粉或传播种子,以助植物异花授粉和扩大生境,建立这些关系必然会在形态上显示适应的特点,生活在表面光滑的叶片上的昆虫跗节较长,能较牢固地抓住叶面;在密生毛茸的茎叶上取食的蚜虫,其下唇较长‚使口针能接触叶面,便于刺入植物组织的筛管中吸食;能在叶表带有粘液的植物体上行动的昆虫借较短的跗节爬行,这种生境反而有助昆虫逃避天敌[11]。


3. 昆虫间竞争

        昆虫间的竞争不仅发生在种内还发生在种间,竞争行为主要是围绕繁殖和生存而进行。如《昆虫总动员》中的黑红两队蚂蚁抢夺食物,鞘翅目锹甲在求偶时,两只雄性会为了同一只雌性而大打出手。虽然动画中的蚂蚁有过于夸张的行为,但它们为了食物大打出手是必然存在的,无论是蚂蚁还是锹甲,这时候谁有更强的战斗力(坚硬的外壳、强大的咬合力等),谁就是最后的赢家。不同昆虫生活在同一区域内,为了生存资源比然会发生竞争,或许它们之间不需要爆发直接冲突,禹云超等发现西花蓟马对极端环境有着更强的适应力,从而可能取代花蓟马、烟蓟马,但东方花蓟马凭借更快的发育速率和更高的产卵量而力压西花蓟马[12]。在寄生性昆虫与寄主之间也存在激烈的竞争,如捷克地区2012年首次发现的oulema卵上的一层黑色粘性防御层,文中表明,寄生蜂A.flavipes 目前对其并没有寄生选择性(有无防护层都有同等几率被寄生),但黏附层的确对卵有一定保护[13]。Sphecophaga orientalis会在身上涂一层复合油酸以此来欺骗寄主Vespa orientalis,从而轻易进入其巢穴对其幼虫进行寄生[14]。

 讨论

        昆虫的演化受到生存环境中多因素的影响,生活习性的不同使它们强化翅或附肢来获得更强的飞行能力、挖掘能力和游泳能力;植物的影响可能使它们对某种化合物有更强的抵抗力,传粉昆虫则逐渐提高自己的传粉能力;一些特殊的情况下,可使昆虫获得一些较为特殊的能力。昆虫间的影响并不局限于两者或三者之间,所有昆虫、植物之间是存在一张关系网的,它们在其中间接或直接受到影响,同时直接或间接影响其它,同时人的活动也在其中产生了不小的影响。影响昆虫的演化因素很多,但演化的目的始终是繁殖后代。



参考文献

  1.  高丽娜,田彩红,封洪强,李国平,邱峰,王运兵.河南省北部夜间空中昆虫群落的初步研究[J].河南农业科学,2013,42(02):83-88.DOI:10.15933/j.cnki.1004-3268.2013.02.001.

  2.  周先涌,赵胜园,闫冉,肖日新,吴孔明.海南南部夜间空中昆虫群落结构研究[J].环境昆虫学报,2020,42(03):638-659.

  3.  肖红艳,岳俊生.三峡库区澎溪河消落带地表昆虫多样性初步研究[J].三峡生态环境监测,2016,1(02):58-64.

  4.  李铭,姜美竹,施玥,刘丽娜,李春丰.稻田黑土区土壤昆虫种类调查与分类学研究[J].农业与技术,2022,42(04):17-20.

  5.  郭祖宝.水生昆虫的呼吸[J].生物学通报,1998(08):39.

  6.  朱长华,于茜茜,范秀琴.昆虫与植物的协同进化关系[J].河北林果研究,2011,26(02):188-190.

  7.  Huber Meret,Roder Thomas,Irmisch Sandra,Riedel Alexander,Gablenz Saskia,Fricke Julia,Rahfeld Peter,Reichelt Michael,Paetz Christian,Liechti Nicole,Hu Lingfei,Bont Zoe,Meng Ye,Huang Wei,Robert Christelle AM,Gershenzon Jonathan,Erb Matthias. A beta-glucosidase of an insect herbivore determines both toxicity and deterrence of a dandelion defense metabolite[J]. eLife,2021,10.

  8.  Ehrlich, P.R. and Raven, P.H. (1964), BUTTERFLIES AND PLANTS: A STUDY IN COEVOLUTION. Evolution, 18: 586-608.

  9.  王琛柱,钦俊德.昆虫与植物的协同进化:寄主植物-铃夜蛾-寄生蜂相互作用[J].昆虫知识,2007(03):311-319.

  10.  王柄权,程凌寒,方宇,李维薇,刘佳妮.植物次生代谢物质对草地贪夜蛾解毒酶活性及相关基因表达的影响[J].江苏农业科学,2022,50(08):11-15.

  11.  张泽彬,马青,黄金才,梁育兴.昆虫与植物协同进化的研究进展[J].湖南林业科技,2010,37(05):60-62+66.

  12.  禹云超,郅军锐,曾广,岳文波,叶茂.入侵种西花蓟马与其它昆虫的种间竞争[J].环境昆虫学报,2020,42(01):94-100.

  13.  Alena Samková,Jiří Hadrava,Jiří Skuhrovec,Petr Janšta. Host Specificity of the Parasitic Wasp Anaphes flavipes (Hymenoptera: Mymaridae) and a New Defence in Its Hosts (Coleoptera: Chrysomelidae: Oulema spp.)[J]. Insects,2020,11(3).

  14.  Dubiner Shahar,Cohen Nitzan,Volov Mika,Hefetz Abraham,Seltzer Rya,Levin Eran. The Exocrine Chemistry of the Parasitic Wasp Sphecophaga orientalis and Its Host Vespa orientalis: A Case of Chemical Deception?[J]. Insects,2020,12(1)

 


昆虫演化趋势(课程作业)的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律