如果人类出现幼虫期,可能会和大家想象中的完全不同。
成虫寄生在幼虫体内的说法流传甚广,但这个说法实际是错误的。
虽然幼虫的细胞、组织、器官,绝大部分都被解体重构,但中枢神经的发育是一脉相承的。
成虫盘本身属于一种干细胞,早在胚胎发育出20~40细胞群的时候,就通过胚胎上皮逐渐内陷形成了。
以典型完全变态昆虫果蝇举例:
果蝇具有眼、唇、足、翅等9对表皮结构凹陷的体成虫盘,以及1一个生殖盘,共19个成虫盘 。
值得说明的是,并没有与中枢神经相对应的成虫盘。
胚胎发育的早期,部分外胚层细胞就会逐渐分化成神经干细胞。
神经干细胞发育成脑/胸神经中枢之后,就会促使相关腺体分泌保幼激素和脱皮激素。
幼虫的成虫盘之所以不会发育,便是源于保幼激素的抑制。在幼虫不断蜕皮生长的过程中,成虫盘的细胞也会不断增值。
整个幼虫阶段,神经干细胞都在不断地分化,生成不同的神经元。尤其是3龄幼虫阶段,神经系统内神经细胞快速增值,并最终为蛹和成虫的神经系统打下基础。
进入幼虫发育末期之后,神经系统的发育会停滞。进入变态过程后,才会再进一步发育 。
化蛹变态发育时,保幼激素分泌减少,脱皮激素分泌增多,成虫盘伸长,并向成虫器官发育:
为了适应新生成的各种器官,中枢神经系统也发生了剧烈的变化。
例如,肌肉内的神经突触会发生大规模、剧烈的重构。修剪旧的突触,并形成新的突触。甚至神经系统的离子通道也会发生相应的改变。
中枢神经系统经过一系列连续的发育,会变得比幼虫复杂得多,一部分胸腹神经节也可能出现合并的现象 。但整个过程,中枢神经不会经过组织解离和彻底破坏。
除了中枢神经外,气管系统、背血管系统,等对生命有重大作用的结构的解离都会受到限制。
不少研究都表明,成虫往往能继承幼虫阶段的一些刺激和条件反射 。
完全解体重构的,一般是皮细胞层、消化器官、部分肌肉,以及腺体。而这些组织、器官的重构,也并不会对中枢神经有着颠覆性的影响。
确切的说,完全变态的昆虫,其幼虫的确是成虫的幼体,只不过在长期的演化过程中,幼体已经相当的特化。除了中枢神经系统外,身体的绝大部分都进行了完全的重构。
那么,昆虫的幼虫期有什么样的存在意义呢?
这就不得不谈一谈,完全变态的演化过程了。
节肢动物早在5.4亿年前的寒武纪早期就出现了,它们坚硬的几丁质外骨骼,被后来演化出来的昆虫所继承。
但这坚硬的外骨骼有利也有弊。
在支撑身体的同时,它也限制了生长发育。昆虫和节肢动物不得不演化出了蜕皮机制。蜕皮过程,又涉及到旧细胞死亡,新组织的分化。
所以,昆虫翅和足的上皮细胞保留了分化能力,这就是成虫原基,可以说是成虫盘的雏形。
每一次蜕皮的时候,成虫原基就得到相应的分化,直到最后一次蜕皮,分化完成。
蝗虫等不完全变态的昆虫,主要是这样的发育策略。相比起完全变态的蜜蜂等,它们的身体内部并不会经历激烈的重构。
凭借着外骨骼和较发达的中枢神经,昆虫繁荣4亿多年,但内部也有了激烈的生存竞争,产生了数以百万的物种。从而造就了每个物种间,不同的生活史策略。
大约3亿~3.6亿年前,鱼类登陆前后,更高等种类的昆虫演化出了完全变态:
成虫和若虫生活史的逐渐独立,是完全变态的主要演化动力之一。
例如,早期演化出来的蜻蜓,属于介于不完全变态和完全变态之间的半变态发育。它们的幼虫是完全的水生,而且具有高掠食能力。最后脱变为成功时,虽然生理和生存状态,都发生了较大变化,但它们并不会经历完全变态的蛹阶段。
随着生活史的继续拉大,成虫和若虫最后变成了近乎完全不同的两种生物。期间的蜕皮,也演变成了更复杂的蛹化。一些比较原始的变态(原变态)类型,蛹化之后,还会经过亚成虫阶段,再经历一次蜕皮才能成为成虫。例如,蜉蝣。
虽然3亿多年前的石炭纪,处于巨虫时代。但完全变态的昆虫,拥有很小的体型。随着氧气含量的下降,此消彼长,它们逐渐发展成了最成功的物种之一。
完全变态昆虫的成功,在于幼虫生存成本的降低,只管不停吃就行了。而蛹化成成虫之后,只需要不断地交配繁殖就可以了。同样个体小,植物丰富,在鸟类演化出来之前,基本上除了内部竞争外,昆虫的生境压力也足够的小。
为什么人类没有幼虫期?
果蝇和人类,在冥冥之中其实有着某些特殊的联系。
人类有60%的基因与果蝇具有相似性,75%与疾病相关的基因都能在果蝇身上找到 。
bHLH转录因子广泛存在于动植物中,同时,它对脊椎动物胚胎期神经管的形成,以及昆虫的神经发育都有着十分重要的作用 。
从演化的角度来说,原口和后口动物的共同祖先大约生活在6亿多年前的埃迪卡拉纪。后口动物没有外骨骼,不会出现蜕皮现象,自然也就不会出现成虫和幼虫生活史割裂的情况。
而后来四足动物登陆之后,两栖动物之所以有变态过程。因为幼体还延续了鱼类的生活史,所以需要经历一个从水生到陆生的变态过程。爬行动物演化成了羊膜动物,彻底摆脱了水环境,自然不再需要变态过程。
羊膜动物的适应能力,远远高于两栖动物。同时无论爬行动物的卵,还是哺乳动物的怀胎,都具有更高的生殖成本,无法支撑幼体足够长的变态发育,后来的动物自然也就不可能再往变态发育的方向演化了。
最后再做一点科幻的假设。
如果在另外一个世界位面,从脊椎动物开始,并不一定不能出现蜕皮生物。
地球上无论早期海洋的盾皮鱼,还是后来穿山甲等陆生动物,都表明脊椎动物这一支是可以演化出坚硬外甲的。甚至像蛇这样的动物,由于滑行 ,也有了蜕皮的需求。
如果早期的脊椎动物点歪了进化树,是可能演化出一种蜕皮鱼的。
从地球角度来说,即便生物演化史上真的出现了这种鱼,也很容易在早起各种海洋生物制霸的情况下灭绝。但现在假设的是另外一个位面,不用管地球的真实情况。
这种蜕皮鱼登陆之后,由于成体和幼体的生活史开始拉大,它们便有了不向羊膜动物发育的可能性。相比起鱼类和两栖类,羊膜动物的生殖方式成本高,存活率高,但亲代投资也更高。
这种成年和幼体生活史拉开的脱皮鱼来说,很明显会是一种高产卵量的生殖方式。 经过一定的演化之后,幼体生活在水中,经过最后一次蜕皮,就能转化成成年体,进行完全的陆地活动。 每当春天发情的时候,又到有水的地方产卵。
那么之后的演化过程,就有两条路可选了。
1、幼体一直生活在水里。
成年体不断地演化,逐渐演化成具有更高等级的物种。
但由于水陆生活史的隔绝,当海洋发展出足够多的掠食者之后,很不利与幼体的生存。
但其实也有相应的演化策略,那就是演化出同样具有高掠食能力的幼体,例如蜻蜓的幼虫。
可以想象,在某一个星球,可能存在这样的外星人。
他们尽情的恋爱生活,完全没有生养的压力。只需要在海里产卵,可能在10年后,把一群儿女们的茧带回家,然后提供适宜的环境,让它们进行充分的变态发育。
当然,发育完成之后,由于没有陆地生活经验,还需要专门重新学习。所以这个外星人群的教育压力,并不会小。
2、在陆地上产卵。
在族群还是蒙昧状态的时候,幼年体可能到处啃食植物。由于体型够大,运动能力又差,简直就是一些掠食动物天然的美食。所以,演化之处,这个物种的生存压力相当的大。
这样的生态压之下,就很容易演化成群体照顾后代的情况。
大量产卵的群居性,自然是演化成蚂蚁或者蜜蜂那样的女王社群,才有最低的生殖成本,以及足够强的种群适应能力。
随着这群外星人的繁荣,出现的人种越来越多,迟早会出现这样的一种外星人:
寄生蜂人。
或许它们还有一个名字,叫做——异形。
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