昆虫已经存在了将近4.8 亿年，这让它们有足够的时间在我们星球表面蠕动，爬行、挖洞和振翅飞翔。好吧，虽然几乎到处都是。令人惊讶的是，很少有昆虫物种生活在海洋中，科学家们一直试图找出为什么会这样。
昆虫已经存在了将近4.8 亿年，这让它们有足够的时间在我们星球表面蠕动，爬行、挖洞和振翅飞翔。好吧，虽然几乎到处都是。令人惊讶的是，很少有昆虫物种生活在海洋中，科学家们一直试图找出为什么会这样。
美国和日本的一个研究团队最近对此提出了一个有趣的假设，声称发现了“对一个长期存在的问题的简单解释”。他们提出，一种帮助昆虫硬化外壳的独特酶，称为多铜氧化酶-2 (MCO2)，是它们在海洋环境中很少见但在陆地上表现良好的原因。
领导该团队的东京都立大学生物学家浅野（Tsunaki Asano）此前曾表明，昆虫已经进化出一种特殊的机制来硬化其坚韧的外层，该外层使用分子氧和多铜氧化酶-2 (MCO2)。
现在，浅野及其同事在一篇已发表的评论中解释了这如何使各种生物在海洋中处于不利地位，但却帮助它们在海洋中茁壮成长。它基本上归结为每种环境中丰富的化学物质，以及如何使昆虫外骨骼的重量轻盈。
“昆虫的出现是地球生命进化过程中的一个重要事件，”该团队写道，“并突出了生物体向新的陆地生态系统的关键适应性扩展。”
作为地球上最成功的生物之一，昆虫是节肢动物门中最大的类群，它贡献了所有陆生动物中最大的生物量。它们在维持地球生命平衡方面发挥着至关重要的 作用。分子系统发育学的最新见解表明，昆虫和甲壳类动物（主要生活在海洋中）属于同一个进化枝，称为泛甲壳纲。
显示昆虫纲和甲壳纲之间生态进化关系的系统发育树。(Asano et al., Physiol. Entomol. , 2023)
尽管昆虫与甲壳类动物的祖先分道扬镳，并发展了陆地生活方式，但两者都仍然有由蜡制成的外骨骼和称为几丁质的坚韧的碳水化合物角质层。
这种角质层是一层保护层，衬托身体表面，将水分和细菌拒之门外，与我们的皮肤没有什么不同。。它不仅仅是一个漂亮的外壳，它还可以保护身体免受外部机械力的影响，并有助于保持身体的形状和活动能力，充当外部支架。
然而，虽然甲壳类动物主要利用海水中的钙将它们的角质层硬化成壳，但昆虫利用分子氧通过 MCO2 的调节将它们的角质层转化为耐用的器官外壳。
甲壳类动物用钙来硬化它们的壳，而昆虫用氧气来硬化它们的外骨骼，这与它们栖息地中丰富的物质相匹配。（东京都立大学）
浅野和同事认为空气中氧气的存在使土地更容易吸引昆虫。大海现在对他们来说是一个严酷的地方，因为没有足够的氧气，更不用说它已经容纳和养育了许多适应性更好的物种。
对昆虫有利的是，它们的角质层通过 MCO2 途径变得更硬、更干燥，这会产生一种具有保护作用的生物材料，同时或多或少保持像羽毛一样轻。与甲壳类动物相比，这是一个显着的区别，由于壳密度和钙化水平成正比，甲壳类动物的壳更致密，这不适合在空气中生活。
由于 MCO2 的作用，昆虫可能已经发展出攀爬植物、滑行并最终飞行的能力，使它们能够更轻松地四处移动并填补以前未占据的生态位。
该团队认为 MCO2 可能是使昆虫与众不同的原因；正如他们在论文中所说，“没有 MCO2，就没有昆虫。”
Asano 和团队进一步解释了昆虫的特异性，指出：“其他节肢动物，包括昆虫的近亲，非昆虫六足动物，如弹尾和双叉猪尾，不具有 MCO2 基因。”
研究人员指出，昆虫并不是唯一适应陆地生活的节肢动物，因此 MCO2 并不是成功离开海洋栖息地并在陆地上安家的必要条件。
但昆虫表皮形成的独特方式确实提供了很多关于它们如何进化以适应陆地环境的信息。
“如果昆虫没有获得 MCO2 介导的系统，昆虫的进化和成功可能与我们目前观察到的有很大不同，”该团队总结道。“我们希望基于这一观点进一步讨论昆虫进化和陆地化。”
该评论已发表在生理昆虫学上。