如果你還以為是人類在佔據著整個地球，那你可就大錯特錯了！
昆蟲，動物中最成功的族群
擺在德國萊比錫大學的生物進化學家比約恩·馮·羅伊蒙特面前的是一隻少見的甲殼動物。這隻奇怪的小東西長4釐米，像只被翻了個身子的蜈蚣。要找到它可不容易，這些小東西只生活在世界上少數濱海地下沉洞的深水裡。這次，羅伊蒙特跑到了位於墨西哥尤卡坦半島上的一個古老的瑪雅雨林中，才得以一窺它的真容。
蛇蛉
為了找到這種甲殼動物，羅伊蒙特直接潛入25米深的水裡，再摸黑進入一個狹窄的洞穴，洞穴裡面遍佈嶙峋的怪石和鐘乳石。要從表層新鮮的淡水潛到深處的鹹水部分，羅伊蒙特感覺簡直就像在凡士林裡面撲騰一樣難受！但正是在這兒，在這個黑暗而又景緻奇絕的地底深處，羅伊蒙特找到了他的獵物——珍稀的槳足綱動物。這些小動物循著羅伊蒙特電筒的光聚集了過來，試圖用毒牙撈點兒吃的。值得注意的是，這些槳足綱動物不僅僅是珍稀的動物界活化石，它們還是現存動物中和昆蟲關係最近的一種。而昆蟲，眾所周知，則是這個地球上把自己經營得最成功的生物了。
在已知的動物中，有四分之三都是昆蟲。這意味著，整個昆蟲家族有近100萬多個種類，其中還不包括科學家們估算的近400萬～500萬種待發現的昆蟲。然而，包括人類在內的脊椎動物，其種類只有7萬種左右。根據哈佛大學的昆蟲學家愛德華·威爾遜統計，在任何一個時刻，這個星球上都同時存在著起碼100萬兆數量的昆蟲。它們遍佈每一塊大陸，包括南極洲;它們能夠在空中、陸地上或是水裡任意挑選棲息地;它們甚至能生活在人身上（蝨子就是最典型的一種，只要沾到頭髮或是羽毛上，它們就能駐紮下來）。可以說，昆蟲絕對是節肢動物這樣的“硬骨頭隊伍”中的王者，也是現存所有動物中最成功的族群。雖然它們是那麼常見，但對於昆蟲為何能如此成功地統治地球，我們的研究才剛剛起步。
從水裡到陸地
要想了解昆蟲家族，得從昆蟲的起源開始說起。槳足綱動物就是很好的一條線索。甲殼動物被認為是最早一批形成的節肢動物，在距今5.5億到5億年前的寒武紀就出現了。
而根據迄今為止發現的最早的昆蟲化石，其化石年代被測定為4.1億年以前。但是，科學家分析，該化石中昆蟲的結構已經趨於複雜，也就是說，在更早的時期，昆蟲就已經開始進化了。對於昆蟲的祖先，學界曾經認為是多足類動物，如陸地上的千足蟲或者蜈蚣。但德國萊比錫大學的進化生物學家羅伊蒙特卻提出了不同的觀點。2010年，羅伊蒙特發表了他的研究結果，即“槳足綱動物才是與昆蟲關係最近的動物”。它們擁有相似的大腦、神經系統和各種蛋白質。所有這些，都說明槳足綱動物和昆蟲擁有一個共同的祖先。這不僅僅表明昆蟲有可能是從水中進化而來的，更表明它們的起源比我們所認為的更加久遠。
槳足綱動物不僅僅是珍稀的動物界活化石，它們還是現存動物中和昆蟲關係最近的一種。槳足綱動物和昆蟲擁有一個共同的祖先。
關鍵性的證據來自於一年之後。在羅伊蒙特發表其觀點的第二年，德國科學家本哈德·米索夫組織起了一個成員超過百人的研究團隊，並開始對此進行研究。米索夫認為：學界對於昆蟲的起源已經爭論了近200年，是時候採取新方法一錘定音了。米索夫的團隊隨即對整個昆蟲的進化以及親緣關係作了大量的基因研究，並最終證明了昆蟲起源於水裡。米索夫認為：昆蟲是陸地上生活的甲殼綱動物。不過，4.8億年前，它們才從水中到陸地上來。那個時候也是第一批陸生植物出現的時期。也許，正是這個原因幫助昆蟲們成功一躍。
不管到底是什麼幫助昆蟲從水裡跳到了岸上，這些早期的陸上生物都必須面臨生存環境的驟然改變帶來的挑戰。它們要面對隨之而來的脫水症狀和重力的影響，要適應在空氣中呼吸，要在日間巨大的溫差中調節體溫，還要接受日光的輻射……雖然強硬的骨骼確實是個優勢，但真正陸生昆蟲的進化還是花費了好幾百萬年的時間。而且，有些現存的原始物種如蛀蟲等，仍然需要一個潮溼的環境才能生存。不過，陸地上的生活也並非全是挑戰。陸地上的食物資源豐富，相對在水裡，掠食者的數量也少很多。米索夫團隊所做的基因研究表明，隨著生命大爆發的出現，昆蟲也在距今 4.4億年時開始了自身的進化，並在後來一步步升級成為現在的模樣。
飛上天空
最早的昆蟲化石是在英國阿伯丁郡的萊尼礦區附近的山間發現的。這裡的岩石簡直就是化石寶庫。不管是微型的蜈蚣、蟎蟲，還是蜘蛛和雜亂的斷枝，都在4.1億年前被富含矽的火山熱泉所石化並保留了下來。2004年，美國科學家邁克爾·恩格爾在這些化石中有了新的發現。在用顯微鏡觀察其中一塊化石的時候，恩格爾驚呆了。他看到一處被保留得十分完整的昆蟲口器，而且還是有翅昆蟲所特有的口器。恩格爾興奮地評價道：“這可是我們揭開飛蟲廬山真面目的第一步！”雖然化石中昆蟲的翅膀未能完好儲存下來，但所有的證據都表明，萊尼蟲極有可能是一種已經進化得比較高階的飛蟲。這說明，早在生命大爆發時期，即4.4億年前，有翅昆蟲就出現了。曾幾何時，人們所找到的最早的有翅昆蟲化石，其年代僅為3.24億年前，由於萊尼蟲化石的出現，世界上最早的飛蟲出現時間一下就被提前了8000萬年！而這一點，也正與米索夫的基因研究結果完美吻合。
那麼，又是什麼原因促使昆蟲飛上了天空呢？恩格爾認為，在那個時期，沼澤邊的昆蟲會攀上附近植物長長的莖，從而獲取植物的孢子為食。而當它們朝下返回的時候，就會發現用滑行的方式更加便捷。像蠹蟲這樣原始的不會飛的昆蟲，在其前胸都長有一對類似翅膀的小葉，以便在下落的時候能有所控制。基因研究也表明，翅膀很可能來自於這些位於前胸的小葉的擴張和延伸，以及控制移動的四肢關節的發展和進化。
在翼龍出現之前的兩億年間，昆蟲是第一個、也是唯一一個進化出飛行能力的物種。有了翅膀，它們就能夠更容易地獲取食物、尋找伴侶、尋找新的棲息地，更有效地躲避掠食者，並調節自身的體溫……就這樣，有翅昆蟲越來越多。在距今3.23億至2.52億年前的石炭紀和二疊紀之間，天空中佈滿飛行的昆蟲，其數量之大，令人歎為觀止，就像個熱鬧的動物園一樣。同一時期裡，曾經矮小的植物長成了參天大樹，富含煤的沼澤森林一度延伸到了赤道附近。在那裡，有著蕾絲花邊般翅膀的古網翅昆蟲攀在植物的莖上，用它們長長的喙吸食著植物莖中豐富的汁液;龐大的巨蜻蜓四處搜尋著自己的獵物;如今常見的一些如蜉蝣等昆蟲也在那裡覓食。但是，那時的有翅昆蟲都有著十分突出的翅膀，即使在休息時也不能合攏。這可帶來了不小的困擾，不僅使得它們更容易受傷，也大大限制了它們的生活環境。
這些古老的有翅昆蟲橫行一時，但最終，在森林下方小小的地面上，新型的有翅昆蟲崛起了。它們有著新進化出的關節，能夠在不使用的時候將自己的翅膀摺疊起來，從而找地方隱藏自己，還能在自己祖先完全不能適應的區域生存下去。例如最著名的蟑螂，看看，現在你都還能見到它們在竄呢！
雖然我們知道，接下來的故事不會錯過昆蟲進化史上最重要的一個篇章，但這一點的重要性直到幾年前才被人們正確認識到。在煤沼裡所挖掘出來的化石中，學者們一度被那些詭異的小爬蟲所迷惑，而忽略了另一些重要的東西。安德烈·內爾，這位來自巴黎自然歷史博物館的學者卻沒有放過任何一個角落。他把那些來自3.1億年前的化石拿來仔細琢磨，發現有些昆蟲化石只能在顯微鏡下才能被觀察到。雖然這些化石微小的體型掩蓋了它們的特徵，但這並不妨礙它們成為最古老的經歷完整變態發育的昆蟲化石。
注：萊尼蟲（Rhyniognatha），英國科學家於1928年在蘇格蘭萊尼地區一處古老的紅色砂岩發現了最早的昆蟲化石。化石中的昆蟲沒有飛行能力，但是與有翅膀（羽毛）的昆蟲相同的派生性狀，這對研究昆蟲的翅膀（羽毛）的起源有重要的意義。
昆蟲的成功秘技——變態
昆蟲的外形基本上是由它們不可彎折的骨骼所決定的。但在此之前，它們會經歷一系列的幼蟲階段。每一個階段都會伴隨一次蛻皮，以使得體型隨之逐漸變大。與之相比，完整的變態發育過程則會把昆蟲的整個生命週期劃分為幾個特定的階段，如主要吸取養分的幼蟲階段，或是主要負責繁殖的成蟲階段。完整的變態發育過程，即有著幼蟲、蛹和成蟲三階段的昆蟲，是由古昆蟲的幾個形態如前若蟲、若蟲以及成蟲演化而來的。這一發育機制簡直太成功了！以至於現今，世界上五分之四的昆蟲都在採用這種機制進行生長髮育。不過，回到剛才我們說的那些微型化石上來。內爾的化石原型後來不斷地演化，成為各種甲殼蟲、跳蚤、黃蜂、蜜蜂和螞蟻，但在那時，它們只能維持自身微小的存在。內爾對此解釋道：“也許在那時，生態位被其他族群佔據著，只能等到生態位被空出來，這些昆蟲才能重新繁衍壯大，使多樣化成為可能。”是的，昆蟲的時代就要到來了。
史上最大規模的生物大滅絕在2.52億年前的某個時刻降臨了。此後的幾百萬年裡，四處噴發的火山，持續變暖的氣候，以及不斷降低的氧氣含量都給地球的生命保障系統帶來了嚴重的損害，致使90%的物種在這一時期滅絕了。這次，連昆蟲都受了影響。英國約克大學彼得·梅休的研究團隊把整個昆蟲化石梳理一遍之後，得出了這樣的結論：“到二疊紀結束時，有50～110種昆蟲都已滅絕了。”像巨蜻蜓、古網翅目昆蟲，還有很多其他的有翅昆蟲都難逃厄運。值得注意的是，梅休的研究團隊發現，這次大滅絕反而促使變態發育機制的優勢得以展現。採取這種發育機制的昆蟲種群繁殖力相當強，可以說是堅不可摧。
那麼，這樣的機制是如何獲得如此巨大的優勢的呢？首先，這樣的昆蟲往往體型較小，發育較快，因此繁育出新一世代所需的時間大大減少，這也使得整個種群在生存危機之後，其種群數量能夠得以迅速恢復。不僅如此，它們還有自己最厲害的絕技，那就是在幼蟲與成蟲之間，有個蛹的階段。蛹能囤積足夠的甘油糖，以抵禦嚴寒和乾燥的環境。因此，在環境壓力增大的情況下，相對地，蛹的成活率會大大地增加。
在三疊紀時期，即2.52億～2.01億年前，更為我們所熟知的現代昆蟲——甲殼蟲出現了。整個三疊紀都是甲殼蟲的黃金時期。它們不僅體型小，繁殖快，擁有變態發育機制，變硬的前翅還能保護後翅，保持珍貴的水分和溫暖。不管是沙漠還是池塘，北極還是熱帶，都能看到它們的身影。到現在，已知的甲殼蟲種類起碼有40萬種，是所有昆蟲中種類最多的。
別看甲殼蟲這麼風光，其他昆蟲也不甘落後。白堊紀時期，由於開花植物的出現，新一輪昆蟲大爆發開始了。這是屬於蝴蝶、飛蛾、蒼蠅、蜜蜂和螞蟻的時代。按恩格爾的話來說就是：“開花植物給了昆蟲們一張新的美食地圖。就像它們的祖先一樣，昆蟲對於到手的機會從來不放過。每個不同的時期，你都能看到昆蟲獲得新的技能，從而為整個家族增添新的面孔。”當6600萬年前的一顆小行星為恐龍時代畫上句號時，昆蟲依舊在繁衍生息，不斷壯大。
對於昆蟲的強大，恩格爾讚歎有加：“這些昆蟲是經歷了上億年的進化，不斷融合自身的優勢才形成了現在的規模，才擁有了統治世界的能力。”是的，昆蟲族群的確擁有無與倫比的壽命和創新性，有著強大的適應力，還有持續不斷的進化。它們的多樣性以及生存的智慧都會使它們屹立不倒。即使在今天，當其他物種還在為全球氣候變化焦頭爛額之時，昆蟲依然會率領自己龐大的家族，繼續朝前邁步。
巨型昆蟲
歡迎大家來到愛麗絲夢遊仙境記，這裡是距今3.2億年前的石炭紀。在這兒，有著大家都很熟悉的昆蟲朋友們，只是，它們的體型都大得嚇人。拿巨蜻蜓來說吧，它們的翅膀翼展可長達驚人的70釐米。古馬陸（又稱千足蟲）長得和現代的馬陸其實沒什麼區別，不過它們可是比人還長的存在呢！為什麼它們會長得如此巨大呢？
有一種說法是因為氧氣。在這個時期裡，植物開始木質化，產生木質素。但能夠降解木質素的物質還沒出現，因此，植物多是被燒掉而不是被降解迴圈。結果，空氣中的氧氣含量大大增加，提高到近31個百分點，約是現在的1.5倍。昆蟲會透過自身外骨骼上的小孔呼吸，這樣氧氣能夠直接透過氣管導管進入身體組織中。這本身其實是一種天然的控制身體大小的設定——由於身體越來越大，必然需要更大的氣管。但實際上，隨著氧氣的增加，昆蟲進化了。有科學家對此專門進行了實驗。他們發現，幾乎所有的昆蟲在這樣的情況下都進化出了更多的導管，以使得自己的身體長得更大。
不過，這些巨型昆蟲的繁榮沒能持續多久。據統計，這一時期只持續了1.8億年。隨後，奇怪的事情發生了。在距今1.45億～6600萬年前的白堊紀，雖然氧氣含量還在持續上升，但巨型翼展的昆蟲種類卻已減半。那時候又是什麼佔據領先優勢了呢？答案是——鳥。有科學家感嘆道：“要是沒有鳥在旁邊，估計現在有些蟲子會長得比以前還要大得多！”
禍害還是恩賜？
討厭昆蟲的理由是很多的。它們會傳播這世界上最致命的疾病，像傷寒或是瘧疾的傳播都少不了它們的推波助瀾;有些則會損壞莊稼，蛀壞樹木;而有刺昆蟲和寄生蟲簡直就是人類的噩夢。不過，我們注意到，只有千分之一的昆蟲是害蟲，大多數昆蟲都是無害並且對人有益的。
例如，昆蟲為全球近五分之四的莊稼授粉，換算過來就是，世界上近三分之一的糧食產量裡都有它們出的一份力，更別提我們自家花園裡的園藝植物了。我們還從昆蟲那裡採集蜂蜜，繅制絲綢，提取顏料和蜂蠟。要是沒有它們為我們肥田、淨化殘渣和廢物，光靠我們自己還真有些不知道該怎麼辦呢！另外，它們還富含蛋白質，可以成為重要的食物來源。果蠅一直在實驗室裡勤勤懇懇地工作，與其他昆蟲一起為醫學科技的突破做著自己的貢獻。還有些詭異的小爬蟲，專門在屍體上轉悠，它們可是破獲罪案的一把好手哦！