生活中,許多人聞蟲色變。忽然出現的蟑螂讓人驚慌失措,橫沖直撞的馬蜂讓人落荒而逃,無處不在的蚊子讓人防不勝防,如果有一天,這些惱人的昆蟲忽然變得像人類一樣大,會發生什么事呢?
昆蟲為何長不大
與人類相比,現代昆蟲的體型要迷你得多,那么為何它們普遍長不大呢?
關于昆蟲為何長得這么小,科學家有一些猜想。第一個假設是昆蟲的外骨骼限制了它們的體型。我們知道,為了保護脆弱的內臟,昆蟲特異性地將自己的骨骼長在了身體的最外面。如果昆蟲體型太大,想要支撐整個身體,外骨骼就要比現在更厚更結實,昆蟲需要將更多的能量用于合成外骨骼。
這同時會帶來另一個問題:換皮耗時長。由于外骨骼是剛性的,無法隨著身體的長大而變大,昆蟲在生長過程中需要蛻皮,脫落舊皮并長出新皮。蛻皮過程是昆蟲最脆弱的時期,失去了外骨骼的保護,昆蟲就成了鮮嫩的獵物,許多動物都能來咬上一口。而如果昆蟲越大,外骨骼替換時間越長,成為獵物的可能性也就越大。一項研究發現,隨著鳥類的進化,古代蒼蠅的體型會縮小,這表明較小的生物能夠更好地避開饑餓的捕食者并傳遞它們的基因。
還有人認為,較大的體型不利于昆蟲的體液循環。昆蟲具有開放的循環系統,血液和體液不會像大多數脊椎動物那樣聚集在血管中。這使得體液在更大的身體中移動變得更加困難,因為重力會將體液往下拉,阻礙體液的循環。
目前最多人認同的猜想是昆蟲變小,與現代大氣氧氣含量下降有關。這一理論的支持來自于大約3億年前,許多昆蟲比今天大得多的事實。1880年,人們在法國南部地區挖出了一塊有著超大翅膀的巨型昆蟲化石,它被稱之為“巨脈蜻蜓”。巨脈蜻蜓翅展達到75厘米,是現代蜻蜓的6倍左右。經研究,巨脈蜻蜓生活在距今3億年左右的石炭紀,同一時期還生活著1.55米長的千足蟲、2.6米長的巨型蜈蚣、蜂鳥大小的螞蟻等。當時,大氣中的氧氣含量約為35%,而今天為21%。
美國亞利桑那州立大學的昆蟲生理學家喬恩·哈里森的研究結果表明,如果在低氧條件下飼養昆蟲,幾乎所有的昆蟲都會變小。反之,如果給昆蟲提供更多的氧氣,大部分昆蟲會變得更大,某些物種可以在一代的時間內增大約20%。
但是,大型的昆蟲需要更多更大的氣管。昆蟲通過氣管呼吸,氣管被動地將氧氣從大氣中輸送到身體細胞,一旦昆蟲達到一定大小,將需要更多的氧氣,原有的氣管呼吸很可能無法滿足其需求,而更多更大的氣管將擠占其他器官、肌肉等的空間,這也可能是昆蟲瘦身的原因。
昆蟲變大會怎樣
雖然現代昆蟲都很小,我們也不能過早放心,因為巨型昆蟲確實曾經出現過。那么,如果巨型昆蟲再次出現,會發生什么事呢?
巨型昆蟲聽起來很可怕,因為許多迷你昆蟲已經能給人類帶來不小的麻煩,例如能吸血的蚊子、能噴射“火焰”的龐巴迪甲蟲、咬人很痛的子彈蟻等。而且昆蟲普遍具有強大的繁殖能力,只需要短短幾周,昆蟲的數量就可能會呈指數級增長。如果這些昆蟲都變得很大,難道不是一種可怕的災難嗎?
好在,我們可能高估了昆蟲。首先,如前文所述,現代昆蟲不太可能變得很大,即使今天變大了,它們也很難活到明天。假設昆蟲突破了外骨骼和體液循環的限制,在氧氣充足的情況下變得像它們的前輩那么大。蟲子體型越大,意味著需要的氧氣越多,它們會在身體上開放更多的氣門,伸展出更多的氣管,以吸入更多的氧氣。不要以為氧氣越多越好,因為氧氣是“有毒的”,過量的氧氣會麻醉呼吸中樞,加速細胞的氧化速度,昆蟲很可能因醉氧而死。
3億年前的巨型蜻蜓,是現在蜻蜓的10倍大小
如果昆蟲能夠很好地平衡氧氣的供需從而生存下來,它們也不太可能具有強大的能力。我們常常聽到這樣的說法:螞蟻非常強壯,它可以舉起10倍(甚至有說50倍)相當于自身體重的重量,這相當于一個100千克的人舉起1000千克重的物體。如果螞蟻變成人類那么大,它們的力量該有多恐怖?事實是,如果螞蟻像人類那么大,它們的力量很可能還比不上人類。
在描述生物的面積與體積之間的比例變化關系上,我們常常提到平方立方定律,簡單地說,就是當一只動物長高1倍,其身體的觸地面積會增長4倍,它的體積會增長為原來的8倍,質量也會與體積等比增長。如果一只原本只有十幾克的螞蟻,體重增加到幾十千克,那么它的體積就會按照立方體的形式增長上萬倍,這也就意味著螞蟻的骨骼負重大大增加,其骨骼想支撐它自己已經很不容易,更別提支持它像原先那樣舉起數十倍重的物體。就像舉重運動員個頭都比較矮小一樣,這就是平方立方定律的影響。
而且,如果昆蟲變大了,它們的數量也很可能相應減少。有科學家估計地球上的螞蟻總數為1000萬億只,如果一只螞蟻的重量約為4毫克,那么所有螞蟻的總重量就有40億千克。如果螞蟻變得像人類一樣重,我們取人的平均體重為70千克,那么巨型螞蟻的總重量就達到7×10^16千克。世界糧食年產量約3×10^12千克,按螞蟻一天能吃體重的5%左右的糧食來計算,全世界一年的糧食都不夠這群螞蟻吃一天。而這僅僅是一群螞蟻的數據,再加上蒼蠅、蚊子、蟑螂……地球根本無法供養這么多的昆蟲。此外,較大的昆蟲因更顯眼和更遲鈍而容易受到捕食,因此,如果昆蟲變大,它們的數量也不會像迷你時期一樣多。
對于變大的昆蟲,人類想對付它們也更加容易。由于現代昆蟲很小,我們很難捕捉和攻擊它們,只能發明對人體危害小的氣態噴霧來殺蟲。但如果昆蟲變得足夠大,我們就很容易捕捉到昆蟲。如同滅蚊燈能利用蚊子趨光、隨氣流而動、對溫度敏感等特點吸引蚊子從而將它們一網打盡一樣,我們也可以利用昆蟲的不同特性,將它們齊聚一堂,困在封閉的地方,點上一把火——對于喜愛烤蟬蛹的人來說,這也許是一道美味佳肴。
昆蟲變大,不僅是人類的危機,更是地球的危機,不過這個危機看起來是非常容易解決的。
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