蝴蝶如何化蛹建模研究追溯完全变态的起源

柏林自由大学和普林斯顿大学的科学家研究小组对昆虫完全变态的起源提供了深刻的见解。

超过 60% 的动物都是昆虫。这些物种中的大多数都经历了完全变态，即幼虫变成蛹，然后变成成虫。这个过程的一个典型例子是毛毛虫变成蝴蝶。

在蛹期，昆虫的身体会完全重建，这个过程甚至会影响到其内脏。在如此多的动物物种中，这种彻底的改变背后有什么进化优势，这个问题迄今为止一直没有得到直接的回答。

一个假设是，这一过程使得幼虫阶段的生长速度更快，因为成虫结构在蛹阶段形成，之后动物完全长大。在资源匮乏或季节短暂的情况下，快速生长往往是有利的。

《美国国家科学院院刊》最近发表的一项新研究题为《昆虫的快速生长和完全变态的进化》，通过数学模型对不同种类的昆虫进行比较，证明了这种情形的可行性。

柏林自由大学、普林斯顿大学和莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所的研究人员研究了有蛹期的昆虫是否比没有蛹期的昆虫生长得更快。前者是全变态昆虫，包括甲虫、蝴蝶、膜翅目昆虫和苍蝇，而后者是半变态昆虫，包括蚜虫、蟋蟀和蚱蜢，它们没有蛹期。全变态昆虫的幼虫确实比其他昆虫类型生长得快得多。

为了证明蛹期的快速生长在进化上具有优势，我们与普林斯顿大学的杰西卡·梅特卡夫教授合作创建了一个数学模型。

“通过结合有和没有蛹阶段的不同昆虫物种的数据并使用数学模型得出的研究结果有力地表明，昆虫的完全进化是因为这是确保快速生长的唯一方式，这对生态也是有益的，”该研究的第一作者、进化生物学家克里斯汀·曼泰博士说，他目前在德国耶拿的马克斯普朗克化学生态研究所工作。

首席研究员、柏林自由大学生物学家 Jens Rolff 教授说：“还有其他假设试图解释昆虫为何会经历变态，但这些假设还有待进一步研究。”

“鉴于昆虫作为传粉昆虫和食草动物在我们的生态系统和粮食生产中发挥的重要作用，了解其生物学的这一基本方面对于更好地了解这些昆虫至关重要。”

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