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本帖最后由 yanzi.wang 于 2015-3-17 15:50 编辑

分享:昆虫-川-琪琪爸


    节肢动物里,为什么只有昆虫可以有翅?蜘蛛同样是节肢 动物,同时还是昆虫的天敌,为什么不与昆虫协同演化出翅,追杀上天,而是另辟蹊径,演化出了织网?---俗话说的好。。。当昆虫有了翅膀,蜘蛛就学会了织网。。。。。所以,我们今天,来探讨下,昆虫翅的起源。。。

    这个问题,相当复杂,前后比较著名的假说都有7个,并且至今仍无定论。。。我们今天就是从这7假说里来试着找真说。但首先, 我们暂且先放下这7个假说,先看看,昆虫和其它节肢动物,在身体结构上的不同,这或许能回答上面的问题---凭什么只有昆虫有翅,昆虫的身体结构为翅的演化,打下了什么基础。
  
    昆虫的演化,和其他动物一样,是从水生到陆生的过程。
    而在这个漫长的演化过程中。昆虫逐渐形成身体分头胸腹 三部分

三部分分工明确:
a头为感觉中心
b胸为运动中心
c腹为代谢中心

    而其他的节肢动物,基本不是这样划分 体段的。。。。。。。。
    比如,多足纲,胸和腹外部都有足:

    胸和腹部内部都有代谢系统,就是说,胸和腹部,其实同时是运动中心,同时又是代谢中心,分工不明显, 很难专门拿出哪个体段去只针对运动。

同样,蛛形纲的头和胸高度愈合:

又管感觉系统又管运动系统,也无暇单独一个体段来只针对运动。
其他水生的。。。不需要翅。。。鳍还靠谱点,比如:肢口纲

比如甲壳纲。。

显然,水生的没必要。。。。。

    结论:这些没有专门演化出一段专管运动系统的体段的其它种类节肢动物,就使得它们丧失了能演化出翅的身体基础!!!(没有专门只负责运动系统的胸部)

我们回头来看昆虫纲,当昆虫的胸部逐渐成为运动中心后

一方面,原来胸部内部的消化系统逐渐向腹部转移:

    我们可以看到,胸部基本没有内脏,基本不负责代谢。另一方面,其内部肌肉和神经系统都逐渐成熟和发达,同时,因为要保持运动的协调 性和平衡性,整个胸部成为了现代昆虫身体的重心。

    脑补一下,大家捉昆虫,是不是都习惯捉胸部。。。。。胸部好拿捏。。一提就起来。。。。

    登陆后的昆虫,随着食性(植物越长越高大)和躲避天敌这两个基本压力----内因和外因。。迫使昆虫必须增加运动量和运动空间,逐渐由地面活动向空中活动过渡。而从空中(树木顶端) 快速降落的行为中,胸部开始逐渐演化出各种突起:


    这些突起,有很多其它的作用,比如保护运动中心---胸部,又比如打架等等。。。。但,直接跟运动有关的作用,是两点: 这些突起一来起到了平衡作用---脑补下走钢丝拿的长棍子;二来有一定的滑行作用---脑补下飞鼠。而将平衡和滑行相统一,则为后来“翅”的演化,打下了基础。。。。。。

    那么,身体基础是有了(专门分化了一个体段:胸部,来专门负责所有的运动);

内在的外在的压力也有了。。。吃饭同时躲天敌;

具体怎么就演化出翅了呢。。。。
  
咱们回到传说中的那7个演化假说吧。


7个演化假说,7假说里,大致分两大派:一是鳃源派,二是胸源派。
  
先看鳃源派,有两条:

1,        气管鳃起源说
    这是所有翅的起源里,最早提出的一个假说,由 Gegenbaur在1870年提出。气管鳃是水生昆虫幼虫在水中 的呼吸器官:

    当幼虫成熟后,其呼吸功能丧失,演化成翅。

   
说实话,看上去很美,听说去也很有道理,而且也确实非常容易被人接受,也确实流行过很长时间。

但是。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

    后来随着 化石证据的增多,没有发现能支撑这个假说的直接证据,实际上,化石证据反而和该假说相差甚远,该假说逐渐退出历史舞台。。。。。。

2,        鳃板起源说
    既然你们觉得不是鳃,那应该是划动鳃的那个鳃板吧。这个假说是1906年由生物学家Woodworth提出的,
    认为昆虫的翅,是由水生昆虫气管鳃上,支撑气管鳃的那个鳃板起源的。鳃板随着水流的运动,产生运动,最终演化为翅。Woodworth说的哈。。。

但是。。。。。。。。。。。。

    这个假说,是最“假说”的一个,被学界认为毫无说服力,没有什么化石证据,实际上,基本也没人相信,姑且作为一家之言。

    鳃源派就提过这两条。。。。。。看来,翅是由昆虫的鳃起源的假说都基本是“假说”了。鳃源派是不太可靠了。

我们再来看看胸源派。

    这派内部也有很多细节不同,有的说只和胸有关;有的说只和胸上的足有关;有的说只和胸上的足上的基节有关;有的说只和胸上的足上的基节上的刺有关。。。好绕口。。。所以,还有的就干脆说,都有关。。。

3,        鳍源说
    这个假说是Bradley在1942年提出的,认为,翅产生于水陆两栖昆虫,这些昆虫体壁上形成一些突起,起保护作用,后来,这些突起逐渐形成原翅,在水里有鳍的作用,离开水后就演化成翅。。Bradley是这样说的哈。。。说实话,这个假说也够“假说”。。。。原翅的又如何产生,交代也不清。而且后来证明与化石证据不符,但至少,他开始关注胸部了!!!

4,        气门瓣起源说
    这个假说是1971年由Messner提出的,她说。。昆虫的胸部的气门上边的体壁外突,形成一些保护气门和增加换气效率的气门瓣,当这些气门瓣演化到足够大时,在足肌的拉扯下, 产生运动,最终演化成翅。。。
Messner姐姐也真心大胆。。。。这个假说,前提的,原始昆虫是陆生的。。。已经开始使用气门呼吸了,这点和化石证据不符合。。现代昆虫解剖上也没有其它证据支持。

但是。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

    她是最早提到原始的翅是由足肌拉动的!!!!这点从化 石证据来看,是有很说服力的!至于其它的。。。又只能作为一家之言。

感觉在慢慢接近真相了。。。。。。。。。。。。。。

5,        针突起源说
    该假说是英国昆虫学家Wigglesworth最早在1973年提出的,认为:昆虫的翅起源于足基节上的针突,翅和水生昆虫幼虫腹部的鳃板同源(貌似之前谁说过,鳃板。。。)他就说了这么多。。。。

    大家看基节那个地方,很多昆虫这节上,是有刺的,这就是基节刺,就是Wigglesworth说的,翅起源于足基节上的针突,就是说,翅只和足有关,是足的一部分,这个假说一出来,确实很新颖!但确实学界都难以接受。。。。因为翅总是位于胸部气门之上,而足总是位于气门之下,说的很复杂,很不形象,我画一张示意图:

    大家注意看气门,翅总在气门之上,足总在气门之下。内部有肌肉连接是可以接受的,要把外部说是足的外延物。。。如果是真的,大家可以把昆虫书都撕了吧。。。。

但是。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

    依旧有两点化石证据 是支持该假说的!即前面提过的原始的翅是由足肌拉动,另外,翅的气管是足的气管的分枝。这两条化石证据都说明,翅和足还是很有关系的!

看到这,似乎越来越靠谱了。

    那我们回头看看,前面1和2,鳃源派是整个翅的起源假说里提的最早的,而且占据时间最长,18几几年开始的,到胸源派,都是下个世纪19几几年了,那,18几几的时候,没人提过胸???

    那时候还是有人关注过胸部的!而且后来不断有学者去就该和补充。这就是胸源派的经典假说:

6,        侧背板起源说
    这是现在的经典假说,目前最被学界接受的。后面还有第七种哈,但由于太新了,还没人关注哈,目前的主流,还是这条,也就是说,当下大家最接受的答案就是这条。
    该假说最早是在1876年之前由Miller提出的,后世不断的 有学者修改和补充。他们认为:翅起源于胸部背板侧缘(即侧 背板)的向外突起。这些突起逐渐扩大与胸部关节相连 ,最终演化成翅。

    还记得刚才看的那些虫的胸部突起吗~~平衡作用和滑翔作用相结合后。

大家别着急,光凭空想象,这几句话是很抽象的
我还是来画示意图吧



看明白了吧。。

胸上面的背板,像两边有延伸
这点现代昆虫比比皆是:

    背板保护了上面安全,侧背板保护了两侧的安全,就是这块板,出现了变化,这个假说,是目前得到大量化石证据和理论支持的,现在被广泛接受和应用。就是说,翅只是胸板的一个外延物而已,肌肉是用的足肌来拉扯,气管是用的足气管分支,但不是直接从足来的。这个假说就是现在通用解释。。。也是胸源派的代表假说!

最后,来看看,胸源派集大成者。。。

7,        侧板起源说
看上去只和6差一个字。。。但实际位置已经不同了哈,
侧板和侧背板不是一个地方


    这个才是侧板,足就长在这。。。。。这是目前,最新的假说了,由Jarmilar最早在1983年提出,又是个姐姐提出的
,这个假说基本糅合了前面的几个假说中有化石证据的部分,解释起来很麻烦。
简单说:
    昆虫足的上基节与体壁结合并,与亚基节一起形成昆虫胸部的侧板(注意区别侧背板),上基节的外颚叶(脑补前面提过的气门瓣)由于本身是呼吸器官,所以继续向宽大方向发展,演化成翅。


晕晕的。。。

总结起来,基本就是:

翅=足+体壁+“鳃”+气门瓣

    厉害吧,基本把前面很多假说串起来了。。。这个假说太前卫。。太糅合。。。。太新。。。新到,到现在,还没在学界种引起广泛注意。虽然依托了大量化石证据,但还是有很多问题解释不清,但确显得相对靠谱!

似乎离真相非常近且越来越近了。。。。

    希望不久的将来,最终能成功解释昆虫翅的演化!
   
咱们来扩展一下~~~
扩展:昆虫曾经的第三对翅。。。(实际上是第一对)

现代昆虫的翅着生于胸部的中胸和后胸。
那,前胸呢。。。。。。。。。为什么独独前胸无翅?
实际上,化石证明,前胸也曾经是有翅的。。。。
前胸的翅后来的演化中逐渐消失,
其主要原因是:昆虫前胸背板逐渐以保护功能为主
现代昆虫的前胸背板,通常极大,基本覆盖了中胸背板和后胸背板。


看看这些刺,保护着下面的足。

甚至保护了头。。。


甚至保护了全身。。。。。


甚至还可以用来战斗!!!

而这个地方如果还是翅的话:


显然,第一对翅就无用了。

但无用 是无用了。。。。。。。。。有些现代昆虫还是有各种残留。。。。。经典的例子:半翅目 角蝉科。。。
这个拟态的科!
这个逆天的科!!
这个把前翅玩坏了的科!!!
各种奇葩的角蝉。


    角蝉的“角 ”实际上就是前胸上的翅的特化!!!解剖学上发现,这些“ 角”是容易脱落的,明显和前胸是有分离的;而从遗传学上发现,控制这些“角”的基因,就是同时控制昆虫翅的 基因---t1基因! 证明“角”翅同源!!!!

    最后,大家发现了没,翅。。。实际上,不是一个单独的“器官”-----不像足,是单独的一个附肢。

而翅,只是体壁的外延物而已。。。

足,是可以拆卸的一个附肢

翅,只是一部分身体的外延。。就是上帝拿镊子拉出来的一部分


至于角蝉。。。。

肯定是上帝闲的无聊,自己拿镊子各种乱拉。。。。。。。解闷的玩意。。。
(完)

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  • yanzi.wang

    楼主 2015-3-17 15:47:30 使用道具

    很好的一节课。。我学了好几遍,才学会。。哈哈。
  • childmao

    2015-3-18 09:28:53 使用道具

    长知识了。
  • 巧笑嫣嫣

    2015-3-18 10:05:44 使用道具

    仔细看了一遍,收获很大。
  • zjou_melissa

    2015-3-19 11:49:21 使用道具

    能下载下来看就好了。
  • 馒头爱苹果

    2019-8-28 12:55:12 使用道具

    赞赞
  • shenww

    2019-9-2 17:07:30 使用道具

    感觉很厉害。
  • 风中蓮葉

    2019-9-7 16:59:24 使用道具

    看看。。感觉很好玩
  • Giant

    2019-9-8 18:40:15 使用道具

    支持原创。