为什么海洋里的昆虫这么少?

　　

   

   

图片:甲壳类动物用钙硬化它们的壳，而昆虫用氧气硬化它们的壳。这些与它们各自栖息地的丰富相匹配。

资料来源:东京都大学

东京城市大学的科学家们提出了一个假设，解释为什么昆虫在海洋环境中如此罕见。他们之前表明，昆虫进化出了一种独特的化学机制来硬化它们的外壳，这种机制使用分子氧和一种叫做多铜氧化酶-2 (MCO2)的酶。现在，他们认为这使它们在海洋中处于劣势，而在陆地上却有优势，使二氧化碳成为昆虫生态进化的核心。

昆虫是地球上最成功的生物之一。据说它们是所有陆生动物中生物量最多的，对全球生态系统有重大影响。然而，它们的数量与它们在海洋中惊人的稀少相匹配。很少有昆虫称海洋为家，尽管它们的生物祖先来自那里。这是科学界普遍存在的一个谜，科学家们多年来一直试图回答这个问题。

现在，由助理教授浅野恒明领导的东京城市大学的研究人员提出了一种基于进化遗传学的解决方案。最新的分子系统发育研究告诉我们，甲壳类动物和昆虫都属于同一科——泛壳纲动物，昆虫是离开海洋适应陆地的一个分支。它们有一个重要的共同特征，由蜡层和硬角质层组成的外骨骼。在之前的研究中，同一个研究小组表明，当昆虫适应陆地环境时，它们进化出一种独特的基因，这种基因可以产生一种叫做多铜氧化酶-2 (MCO2)的酶，这种酶可以帮助它们利用氧气硬化表皮。MCO2介导了一种反应，在这种反应中，分子氧氧化角质层中的儿茶酚胺化合物，将它们转化为结合并硬化表面的物质。这与甲壳类动物相反，甲壳类动物使用海水中的钙来硬化角质层。研究小组认为，由于氧气丰富，这片土地更适合昆虫生存。由于缺氧和大量更好适应的生物，海洋现在是一个恶劣的环境。

但这不仅仅是因为海洋不再适合昆虫生存。通过MCO2途径，角质层的硬化和干燥导致生物材料不仅具有保护作用，而且重量轻。他们推测，这可能是昆虫获得爬树、滑翔并最终飞行能力的原因。这使得它们能够迁移并占据生态系统中以前空白的生态位，这是导致它们数量激增的强大驱动力。再一次，这与甲壳类动物形成对比，甲壳类动物的壳密度要大得多，密度和钙化程度之间存在很强的相关性。

当然，昆虫并不是唯一适应陆地的节肢动物，所以很明显，MCO2对“陆地生态位”的成功并不是严格必要的。然而，昆虫表皮的性质充分说明了它们在陆地环境中的成功。事实上，研究小组认为MCO2可能是昆虫的一个决定性特征:“没有MCO2，就没有昆虫。”他们的工作有望为角质层硬化在昆虫进化和陆地化中可能发挥的作用提供一个全新的亮点。

文章标题

Eco-evolutionary implications for a possible contribution of cuticle hardening system in insect evolution and terrestrialisation