征服世界的甲蟲

門秋雷

形形色色的甲蟲（趙力攝）。

有一則故事廣為流傳：在20世紀(jì)40年代，一位神學(xué)家問生物學(xué)家霍爾丹：“在上帝的諸多杰作中，什么最能夠體現(xiàn)造物主的思想呢？”霍爾丹感嘆道：“上帝一定是對甲蟲偏愛有加?！北M管這個故事可能是虛構(gòu)的，但它仍然向我們揭示了一個不爭的事實：僅從甲蟲無可匹敵的物種數(shù)量來看，上帝確實對甲蟲情有獨鐘。

種類繁多

對于甲蟲這個在進(jìn)化上異常成功的生物類群，有兩個問題一直困擾著我們。第一，地球上到底有多少種甲蟲？第二，它們?yōu)槭裁慈绱朔笔?？人類在不斷探索這些問題，了解得越深入就越被這類生物所呈現(xiàn)的獨特魅力所吸引。不管是想理解進(jìn)化的機(jī)制、生物圈的作用機(jī)制，還是想了解板塊運動如何塑造了大陸，甲蟲都能給我們提供完美的答案。

地球上到底有多少種甲蟲？世界上的生物多彩繽紛、各不相同，這就需要解決物種的分類，需要有一個可靠的命名方法來對各種生物進(jìn)行整理和排序。這就要感謝300年前瑞典的一位父親。他沒有因為兒子疏于功課學(xué)習(xí)，就把兒子送到補(bǔ)鞋匠那里當(dāng)學(xué)徒，而是又給了兒子一次機(jī)會，讓他追求自己的愛好。因此我們才有了一位分類學(xué)天才——卡爾·林奈。

1753年，林奈創(chuàng)立了雙名法，統(tǒng)一用兩個拉丁詞來代表一個物種的名字，即屬名和種名，這樣既準(zhǔn)確簡潔，又能避免混淆。比如燈籠草原來的名字為Physalis amno ramosissime ramis angulosis glabris foliis dentoserratis，這種冗長的特征詞串非常不便于書寫和記憶，林奈把它簡化為Physalis anguulata。在此后的200多年間，眾多的分類學(xué)家前赴后繼，按照林奈的雙名法為甲蟲命名，大大提高了分類整理的效率。采用林奈的分類方法，平均每天有至少4個甲蟲新物種被發(fā)現(xiàn)、描述和命名。進(jìn)化論的先驅(qū)查爾斯·達(dá)爾文和阿爾弗萊德·華萊士也都是狂熱的甲蟲愛好者。

截至20世紀(jì)末，科學(xué)家們一致認(rèn)為，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和記載的甲蟲有40余萬種。這一數(shù)據(jù)的取得是基于全世界博物館的館藏標(biāo)本和過去250年間海量的文獻(xiàn)記述。比起只有5500余種的哺乳動物，1萬余種的鳥類，8.5萬余種的軟體動物，以及25萬余種的植物，很顯然在物種多樣性方面，甲蟲的種類之多遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他的多細(xì)胞生物。

當(dāng)大多數(shù)甲蟲分類學(xué)家認(rèn)為可以喘一口氣休息一下的時候，昆蟲學(xué)家特里·歐文在1982年的一項“雨林實驗”讓大家不得不再次對甲蟲的種類瞠目結(jié)舌。歐文在巴拿馬雨林中做了一個“蟲口普查”。他先在樹下鋪好網(wǎng)，然后向樹木噴灑殺蟲劑，再收集所有掉入網(wǎng)中的甲蟲。他僅從一棵裂欖樹上就收集到了1200多種甲蟲，其中不乏一些新物種。歐文再根據(jù)別處甲蟲的分布情況、森林里其他樹種上生物的數(shù)量以及雨林中樹木的總數(shù)量，利用數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出雨林里5萬種已知的熱帶樹種上大約生存著1200萬種甲蟲。

那么，地球上到底有多少種甲蟲呢？生態(tài)學(xué)家們對此一直爭論不休，因為使用不同的公式推導(dǎo)出的結(jié)果從100萬到3300萬種不等，但大多數(shù)學(xué)者們比較認(rèn)可100萬種這個說法。這個數(shù)字就已經(jīng)相當(dāng)于我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的所有昆蟲物種的數(shù)量總和。這太瘋狂了——原來自然界還潛藏著那么多種沒被發(fā)現(xiàn)的甲蟲！

鞘翅的演化

歐文的“雨林實驗”顯示出意想不到的甲蟲多樣性。

有些甲蟲后翅漸漸退化，變成了只能在地上爬來爬去的家伙，比如步甲、擬步甲。

還有一些甲蟲，鞘翅上長滿了釘子一樣的突起，可以起到很好的防御作用，如葉甲。

現(xiàn)在來探討一下第二個問題，甲蟲為什么如此繁盛？在3億～3.5億年前的石炭紀(jì)，甲蟲開始在地球上逐漸繁盛起來。在這一時期的某個時間點，甲蟲祖先的前翅由早期的膜質(zhì)進(jìn)化成了皮革質(zhì)，而其后翅仍然保持原樣，還是柔軟的膜質(zhì)。這樣當(dāng)甲蟲祖先振翅飛入松動的蘇鐵樹皮縫隙或倒地的樹蕨縫隙時，堅硬的前翅能夠保護(hù)柔軟的后翅。

久而久之，前翅演化成更為堅硬的鞘翅，并且喪失了飛行的功用，甲蟲的飛行全部依賴柔軟的后翅?，F(xiàn)代甲蟲的鞘翅非常多樣，長短不一，五顏六色，賦予了甲蟲獨特的美感：有些甲蟲在演化過程中，后翅漸漸退化，變成了只能在地上爬來爬去的家伙，比如步甲、擬步甲;有些水生甲蟲，鞘翅下面隱藏著儲存空氣的小空間，而這些小空間直接和氣管相連，當(dāng)它們在水下活動時。這就成了它們的“氧氣罐”，如龍虱、水龜甲;有些生活在干旱地區(qū)的甲蟲，鞘翅下同樣有一個小空間，能夠隔絕身體與外界，相當(dāng)于一個隔熱層，使身體不受外界高溫的影響;還有一些甲蟲，鞘翅上長滿了釘子一樣的突起，可以起到很好的防御作用，對于小鳥而言，吃這種蟲子可不是一種愉快的體驗。

除了這些外在的好處，鞘翅本身也是甲蟲的保護(hù)傘和救命護(hù)甲。2016年，美國印第安納大學(xué)盧明頓分校的戴維·林茨博士和他的同事們做了一系列對比研究，讓帶鞘翅甲蟲和去鞘翅甲蟲同時暴露在各種環(huán)境壓力下，以測試鞘翅對于甲蟲的重要性。研究者們首先利用外科手術(shù)的方法摘除了部分紅粉甲蟲的鞘翅，然后分別測試它們在狼蛛攻擊下的存活率、是否會在低濕度下變干燥、隨時間推移膜翅的損傷程度以及能否在4℃的低溫下生存24小時等。實驗結(jié)果表明，被摘除鞘翅的甲蟲，其發(fā)病率和死亡率都比沒有被摘除鞘翅的甲蟲高得多。

食物多樣

有些水生甲蟲，鞘翅下面隱藏著儲存空氣的小空間，如龍虱、水龜甲。

甲蟲之所以能夠如此繁盛的另一個重要原因，就是它們幾乎不挑食，什么都吃，包括植物、動物、糞便和真菌等。甲蟲幸運地趕上了一個新時代的開端，那就是1億～1.2億年前有花植物的出現(xiàn)，這直接使得甲蟲的數(shù)量激增了600倍。今天，取食植物的甲蟲主要有葉甲、天牛和象甲。這三大類甲蟲就有13.5萬種之多，占了植食性甲蟲的80%，以及所有植食性昆蟲的半數(shù)。它們幾乎喜歡取食植物的任何部位，包括塊莖、根、芽、樹皮、葉片、花蕾、花朵、種子和果實。

取食植物的甲蟲主要有葉甲、天牛和象甲。這三大類甲蟲就占了檀食性甲蟲的80%。

有些甲蟲取食其他動物的糞便，如糞金龜。

還有一些甲蟲喜歡吃真菌或者動物的腐肉，如埋葬甲。

在南美、南非、澳大利亞和新西蘭的某些地區(qū)，一些古老的甲蟲（大約有225種）喜歡取食那些原始的、最早占領(lǐng)地球的植物，如松柏和蕨類植物，其中松樹攜帶的花粉和富含營養(yǎng)的雄性球果是很多這類甲蟲的主食;有些甲蟲的幼蟲會鉆蛀到樹枝或樹干里，取食樹木組織，并利用自己腸道的共生菌消化纖維素，比如天牛;肉食性甲蟲（目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的約有3.4萬種）通常都行動敏捷、非常兇猛，捕食比它們個子小的昆蟲或者其他小動物，比如步甲喜歡吃蝸牛，虎甲喜歡吃螞蟻;有些甲蟲取食其他動物的糞便，它們把卵產(chǎn)在糞便中，讓自己的后代出生后食物無憂，如糞金龜;還有一些甲蟲喜歡吃真菌或者動物的腐肉，如球甲、蕈甲和埋葬甲。豐富多樣的食性，使得它們能夠充分利用大自然的饋贈，各取所需，保證種群的繁衍生息。

甲蟲獨有的鞘翅和靈活多樣的食性，使得它們能夠適應(yīng)非常多樣的生存環(huán)境，從中美洲的云霧森林，到世界上最干旱的沙漠，它們無處不在，成為生態(tài)持續(xù)性和生態(tài)系統(tǒng)變化機(jī)制的獨特見證者。

鞘翅目，是昆蟲綱中乃至動物界中種類最多、分布最廣的第1大目。這個類群的前翅角質(zhì)化、堅硬、無翅脈，因此得名“鞘翅”。鞘翅目共4亞目（原鞘亞目、菌食亞目、肉食亞目、多食亞目），178科，33萬種，屬有翅亞綱、全變態(tài)類。

鞘翅目體形差異甚大，體壁堅硬，口器咀嚼式，觸角形狀多樣，多10～11節(jié);前胸發(fā)達(dá)，中胸小盾片外露。前翅為角質(zhì)硬化的鞘翅，后翅膜質(zhì);幼蟲為寡足型，少數(shù)為無足型。常見昆蟲有：天牛、瓢蟲、螢火蟲、屎殼郎、斑蝥、獨角仙、吉丁蟲、芫菁、金龜子、鍬形蟲、叩頭蟲、龍虱和米象。

生存環(huán)境

在英國，昆蟲學(xué)家們曾經(jīng)開展過一個有趣的研究項目。他們嘗試?yán)萌∈掣竞驼婢募紫x來鑒定古老的林地。所謂古老林地，是指樹木至少連續(xù)生長了1600年的林地。其實這是很難證實的，因為樹木總是階段性地死亡，然后重生。很多古老林地里也不是總有那么長壽的樹木來完整地見證林地的歷史變遷。而那些脫落的樹枝、腐爛的樹木則為一些脆弱的、需要特殊條件或者需要緩慢定居的甲蟲提供了穩(wěn)定的微棲境和生態(tài)位。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，不同年代的不同木材被真菌不斷循環(huán)利用，處于腐爛的不同階段，通過研究取食這些腐木的特有甲蟲及其豐富度就可以從側(cè)面反映林地的古老程度。例如一種小型的土褐色的象鼻蟲。僅在倫敦西部的里士滿、溫莎和斯勞之間的一片狹長區(qū)域內(nèi)生存。科學(xué)家對英國前200個古老林地中的近600種稀有甲蟲物種及其多樣性進(jìn)行的調(diào)查，證實了那些最大的、最著名的、記錄最完整的古代林地，其古老程度排名也最靠前，曾經(jīng)是皇家狩獵場的溫莎森林位居榜首。也就是說，越古老的林地，生物多樣性也越豐富。

這些甲蟲的棲息地很容易因林地開發(fā)而遭到破壞，因此，保護(hù)古老林地對于保護(hù)甲蟲的多樣性也非常重要。特定甲蟲棲息于特定的環(huán)境，使得它們成為全球生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況的環(huán)境指標(biāo)，例如水生甲蟲群落的多樣性能揭示淡水質(zhì)量的好壞，土棲性甲蟲的豐富度能夠反映土質(zhì)的優(yōu)劣。

越古老的林地，生物多樣性也越豐富。保護(hù)古老林地對于保護(hù)甲蟲的多樣性也非常重要。

警鐘敲響

甲蟲對于研究大陸漂移的學(xué)者來說，是一類不可多得的研究材料。有一個非常經(jīng)典的例子。維多利亞時代的旅行者發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：雖然西非和南美距離如此遙遠(yuǎn)，但在兩地分布的金龜子和吉丁蟲卻長得非常相似;“華萊士線”兩邊的加里曼丹島和蘇拉威西島只隔著104千米的海峽，但兩島分布的金龜子和吉丁蟲卻是差異很大。板塊構(gòu)造學(xué)說后來給出了一種合理的解釋：當(dāng)甲蟲在地球上繁盛時，南美大陸和非洲大陸彼此相連，到了白堊紀(jì)中期（約1億年前）才分離開，而自三疊紀(jì)（2.08億年前）以來，加里曼丹島和蘇拉威西島始終沒有連接過。翻開現(xiàn)今的世界地圖，如果你細(xì)心比對，你會發(fā)現(xiàn)南美大陸的東海岸線與非洲大陸的西海岸線凹凸基本吻合。

甲蟲的種類和數(shù)量正在因為棲息地破壞、氣候變化和環(huán)境污染等一系列人為因素而不斷減少。圖為藍(lán)頭葉甲（趙力 攝）。

17世紀(jì)時，在采礦設(shè)備相對簡陋的條件下，英國的煤礦工人每次下井都會帶上一只金絲雀作為“瓦斯檢測指標(biāo)”，因為金絲雀對瓦斯這種氣體十分敏感。今天，甲蟲就是氣候變化的“煤礦金絲雀”。最近，科學(xué)家們在厄瓜多爾寒冷的高山苔原調(diào)查了這一區(qū)域內(nèi)甲蟲的數(shù)量，并把這些數(shù)據(jù)與19世紀(jì)末和20世紀(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示：高山苔原的特有甲蟲數(shù)量正在減少，而且這種趨勢正隨著氣候變暖而加重。這些經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化才適應(yīng)這里高寒氣候的甲蟲，最終可能會從這一區(qū)域徹底消失。與此同時，荷蘭研究者在1980～2004年間對雙斑瓢蟲的一項調(diào)查也顯示：原本更適應(yīng)內(nèi)陸寒冷氣溫的黑色瓢蟲正被過去只在溫暖海岸分布的紅色斑點瓢蟲所取代。

這些現(xiàn)象為我們敲響了警鐘，甲蟲的種類和數(shù)量正在因為棲息地破壞、氣候變化和環(huán)境污染等一系列人為因素而不斷減少。國際自然保護(hù)聯(lián)盟的一份報告稱，歐洲近五分之一的腐木甲蟲正處于滅絕的危險之中。所以當(dāng)回答世界上到底有多少種甲蟲這個問題時，幾乎可以肯定的是，我們將永遠(yuǎn)無法知道確切的數(shù)量，因為人類如果還像現(xiàn)在這樣對待生態(tài)環(huán)境，大多數(shù)甲蟲物種會在我們發(fā)現(xiàn)并為之命名之前，就已經(jīng)永遠(yuǎn)地消失了。