2024-04-11 20:47 来源：得道网
卡洛琳·查布谈到龟甲时眼睛一亮。像宝石一样，它们有无数鲜艳的颜色:闪亮的蓝色、红色、橙色、叶子绿色和透明的金色斑点。它们是四万种叶甲虫的一员，叶甲虫科是甲虫目中物种最丰富的分支之一，鞘翅目。“你有象鼻虫、长角羚和叶甲虫，”她说。“这确实是控制甲虫多样性的三重奏。”
作为内布拉斯加大学林肯分校的昆虫学家，Chaboo一直想知道为什么生命王国如此倾向于甲虫:这种强壮的生物约占所有动物物种的四分之一。很长一段时间以来，许多生物学家都在想同样的事情。“达尔文是一个甲虫收藏家，”查布说。
在地球上大约100万种已命名的昆虫中，大约有40万种是甲虫。这只是目前所描述的甲虫。科学家们通常每年都会描述数千个新物种。那么，为什么有这么多甲虫种类呢?“我们不知道确切的答案，”查布说。但蛛丝马迹正在浮现。
一种假设是，它们之所以有很多，是因为它们存在的时间太长了。“甲虫有3.5亿年的历史，”孟菲斯大学的进化生物学家和昆虫学家杜安·麦肯纳说。这是一段很长的时间，在这段时间里，现有的物种可以形成物种，或者分裂成新的、独特的遗传谱系。相比之下，现代人只存在了大约30万年。
然而，仅仅因为一群动物老了，并不一定意味着它会有更多的物种。一些非常古老的种群只有很少的物种。例如，腔棘鱼在海洋中游动了大约3.6亿年，最多达到90种左右，然后减少到今天已知的两种。同样的，像蜥蜴一样的爬行动物鳄蜥是起源于大约2.5亿年前，曾经在全球范围内多样化的古代爬行动物目中唯一存活的成员。
甲虫种类如此丰富的另一个可能的解释是，除了年龄大之外，它们还具有不同寻常的持久力。“它们至少在两次大灭绝中幸存了下来，”明尼苏达大学博士后克里斯蒂安·贝扎-贝扎说。事实上，2015年的一项研究利用甲虫化石探索了早在2.84亿年前的二叠纪灭绝事件，得出的结论是，在解释甲虫物种丰富程度方面，没有灭绝可能至少与多样化同样重要。作者假设，至少在过去的时代，甲虫已经表现出了一种惊人的能力，可以根据气候变化改变它们的活动范围，这可以解释它们的灭绝恢复能力。
使甲虫多样性之谜更加复杂的是，甲虫家族树的一些分支比其他分支拥有更多的物种。例如，蜣螂一生都在滚动精心制作的粪便球，它们的种类并不多。哥伦比亚波哥大
相比之下，金曲甲虫科——一个包含长角甲虫和叶甲虫的超级科——包括63,000种，而bupredae，一组金属木材和叶子甲虫，也因其闪亮的彩虹色而被称为宝石甲虫，包括大约15,000种。
麦肯纳说，甲虫谱系中物种丰富度的巨大差异意味着“没有一种解释对任何一个群体都适用。”尽管如此，在大约占所有甲虫种类四分之一的植食性甲虫中，一种清晰的模式正在出现。基于对不同甲虫谱系的基因分析，麦肯纳和他的同事们发现了证据，证明白垩纪时期开花植物的多样化是促使甲虫多样性的一个主要因素。
在大约1.45亿年前开始的白垩纪时期，新的开花植物物种爆发，遍布地球表面，占领了许多不同的栖息地。如今，植物约占地球生命总量的80%。充分利用植物作为食物是一种生态策略，不仅助长了甲虫的辐射，还助长了包括蚂蚁、蜜蜂、鸟类和哺乳动物在内的食草物种的辐射。
麦肯纳发现，以食草甲虫为例，它们种类最丰富的谱系携带着一种令人着迷的基因组合，可以消化植物。这些基因中有许多编码酶，这些酶有助于分解植物细胞壁，使植物能够获取储存在纤维素、半纤维素和果胶等难以消化的化合物中的糖。麦肯纳说:“拥有这些基因的谱系是非常成功的。”
这些基因是一种巧妙的适应性，可以将植物中难以消化的部分转化为食物。它们使食草甲虫能够吃更多不同种类的植物，这反过来又使昆虫能够进入新的栖息地并占据新的生态位。随着植食性甲虫在地理上的分布，并采用不同的饮食和生活方式，它们之间的基因差异越来越大，从而产生了新物种。
由于不清楚的原因，一些种类的食草甲虫在进化过程中失去了它们的消化辅助基因，包括编码果胶酶的基因，一种能够分解果胶的酶。德国塔宾根马克斯·普朗克生物研究所的进化生态学家哈桑·塞勒姆解释说，为了弥补这一点，一些甲虫进化出了一种不同的吃植物的策略:它们与被称为共生体的细菌伙伴建立了关系，这也有助于植物的消化。
对于一些甲虫来说，这些特殊的共生微生物成为保持植物在菜单上的另一种工具，扩大了新物种可以进化和繁衍的栖息地数量。例如，在塞勒姆研究的绝大多数龟叶甲虫物种中，分解果胶的不是一种基因编码的酶，而是一种细菌共生体。甲虫从它们的母亲那里得到细菌:每次雌性产卵时，她也会留下一个含有微生物的胶囊。龟甲虫胚胎在卵内发育，然后在出壳前大约一天钻进胶囊消化共生体。
“这是它在生活中遇到的第一件事……所以这是一种非常亲密的联系，”塞勒姆说。当塞勒姆和他的团队在实验中从发育中的幼虫中取出微生物胶囊时，出现的成年无菌甲虫死亡率很高，因为它们无法获取植物细胞中的果胶。
除了使植物更容易消化之外，一些与植物相关的微生物可能为甲虫的多样化铺平了道路，因为它们为甲虫提供了捕食者的保护。例如，在龟叶甲虫Chelymorpha alternans中，一种叫做镰刀菌的真菌——通常在香蕉和红薯等作物中发现——在甲虫蛹的变形过程中生长在表面。荷兰阿姆斯特丹生命与环境研究所的进化生物学家Aileen Berasategui说:“我们已经证明，如果你去除真菌，蚂蚁很容易找到它们并以它们为食。”换句话说，镰刀菌可能保护甲虫免受有害捕食者的侵害，进一步扩大甲虫的领地，使其多样化。
Berasategui补充说，许多树皮甲虫，如ambrosia甲虫，也受益于镰刀菌，但以不同的方式。甲虫把真菌放在一种叫做菌根的特殊口袋里，从一棵树带到另一棵树。一旦树木被真菌感染，甲虫就会尽情享受真菌的盛宴。
适应进行这种农业——播种将长成食物的孢子——也有助于甲虫物种开拓新的栖息地。“它们从自己的巢中取出一小块，然后……飞到一棵新的树上，在那里它们开始自己的巢，播下新的真菌，形成这个新的花园，”Berasategui说。这种方法被称为真菌培养，已经在凤仙花甲虫身上独立进化了七次。根据2005年发表在《生态、进化和系统学年度评论》上的一篇文章，新的甲虫物种的进化被认为是由与这些真菌的互利关系形成的——这是5000万年历史的一部分，在这段历史中，蚂蚁、白蚁和神仙甲虫等昆虫独立进化到种植真菌。
食草甲虫进化出了其他创新，这可能使它们比其他甲虫群体更能形成物种。例如，在Chaboo研究的叶甲虫中，在化石记录中出现了防御性粪便盾-由甲虫自己的排泄物和脱落的皮肤建造的结构-“与大规模的物种辐射相吻合，”她说。大多数使用盾牌的甲虫都是独居物种，但也有一些是群居的，它们排成队形以保护自己免受捕食者的侵害。Chaboo说，粪盾保护可能有助于甲虫进入更开阔的栖息地。
无论是以植物为食还是以腐肉等其他食物为食，所有种类的甲虫都进化出了一系列令人印象深刻的工具来解决许多不同的问题。麦肯纳说，从这个意义上说，甲虫是生命之树的一个缩影。
然而，尽管甲虫很有弹性，我们不能把它们的生存视为理所当然。许多地方的昆虫数量都在下降——“是的，甲虫是其中的一部分，”贝扎-贝扎说。他补充说，它们如何在人类的影响下生存是“目前的核心问题之一”，尽管他打赌地球上甲虫的存在时间会“比人类的存在时间长”。
Beza-Beza在他工作的中美洲云雾森林天空岛屿上埋头研究科学难题，他对Ogyges politus有着特殊的好感，这是一种以腐烂的原木为食的甲虫物种。“这种情况只发生在我家乡附近的山区，”他说。“所以它提醒我我来自哪里……到处都是这些珠宝。”
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