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昆虫为什么都是小型的?

除了在古生代的化石中发现有翅展宽度超过50厘米的大型蜻蜓外,现代昆虫的体形通常都比较小,最大的也不过37厘米(一种产于婆罗洲的竹节虫),与脊椎动物相比简直就是小巫见大巫。那么,昆虫为什么长不大呢?这还得从昆虫特殊的身体结构和生理功能谈起。

我们知道,与其他无脊椎动物一样,昆虫没有内骨骼,但在身体外面长有一层坚硬的几丁质外骨骼,用来支撑躯体,保持身体强度,防止体内水分蒸发,这对昆虫适应陆地环境具有非常重要的意义。但是,外骨骼是一层死的组织,它不会随昆虫身体变大而变大,必须蜕去老的外骨骼,换上一层新的更大一些的外骨骼,如同孩子在成长过程中必须换几件外套一样,否则就无法满足发育长大的需要。如果昆虫的体形巨大,外骨骼就势必需要更厚实坚固,这样在蜕皮过程中就很容易发生“卡壳现象”,出现生命危险。

另一方面,昆虫的体形较小与它的气管呼吸有关,即空气经胸腹部的气门,通过气管,扩散到各器官的组织和细胞间,与细胞内的二氧化碳直接进行气体交换。在交换过程中没有循环系统参与,气体扩散的距离非常有限,如果昆虫体形变得很大,空气就扩散不进去,呼吸就会有困难,因此现生昆虫的体形普遍都比较小。

当然,有化石证据显示,在远古时期,地球上曾经出现过翅展超过半米的巨型蜻蜓。那么,当时它们是如何解决呼吸问题的呢?推测认为,石炭纪时期地球大气层中氧气的浓度高达30%~35%,比现在的21%要高很多,氧气的分压大,沿气管扩散的距离就大,这也许就是远古时代出现巨型昆虫的原因之一吧。

【知识点】蝗虫腿断了为什么不见大出血

当蝗虫被抓住时,它会用力蹬腿试图逃脱,往往弃足保身。奇怪的是,蝗虫即使断了腿,也不会大出血,这是为什么呢?原来,昆虫的血液循环系统是开放式的,即仅由心脏、大动脉和血液(淋巴)组成。血液从心脏出发,沿着大动脉流到身体前端,之后就没有了血管,血液便流入体腔,整个内脏器官被浸泡在血液中。由于开放式循环系统中的血液不在血管中而在体腔中流动,流速变得很慢,血液的压力很低,甚至为负压。所以,蝗虫断腿后也就不会大出血了。

【试一试】蝗虫呼吸实验

从户外采集几只活的蝗虫,再取一杯自来水,然后分别将蝗虫的头部或腹部全部浸在水中。持续一段时间后,看看淹没头部的蝗虫与淹没腹部的蝗虫哪个先被淹死?为什么?

【发散思维】如果地球上的昆虫突然消失了,人类还能生存多久?