为什么脊椎动物必须牺牲四肢才拥有翅膀，而昆虫的飞行却不用？ _奇闻异事

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昆虫绝对是世界上最迷人的动物群体之一，它们对身体的创新程度远超想象，几乎每一种昆虫都可以让人眼前一亮。
同时，它们也绝对是最成功的动物群体，可能没有之一，超过75%的已知动物属于昆虫，仅蚂蚁和白蚁就占世界动物总生物量的20% 。

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古老的昆虫化石，图源：researchgate
目前已知最古老的昆虫化石大约有3.58亿年历史，虽然那时候的昆虫也是六条腿（这是昆虫纲的判断标准之一），但它们没有翅膀。
其实，昆虫的演化路线谜团重重，它们的化石在3.58亿年前短暂地被发现后就进入了6000万年的沉寂，这个时段被称为“六足间隙期” ，这个时期很少有昆虫化石被发现，它们就像在这个世界消失了一样。
但在此期间，某些改变刺激了这个群体的大量繁殖。在身体结构方面，其中最明显的一个就是它们在此之后拥有了翅膀。

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翅膀让它们征服了新的栖息地和生态位，昆虫纲迅速成为最具多样化和最成功的动物类别，并至今仍保持着这一地位。
虽然，现在的昆虫和脊椎动物在疯狂地进行“天空竞赛”——当然大多时候昆虫是为了躲避被吃掉，但昆虫比脊椎动物最少早9000万年飞向天空。

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蜻蜓是飞行高手，图源：Alandmanson
事实上，由于昆虫翅膀进化的时间比脊椎动物长很多，所以现在动物界真正的飞行高手基本都是昆虫群体持有。
然而，昆虫不仅比脊椎动物飞行能力更强，而且它们得到翅膀也没有像脊椎动物那样妥协——失去自己的前肢变成一对翅膀。
相反，昆虫更像是长出了会飞的翅膀，并保留了所有的三对腿。
那么问题就来了，为什么昆虫可以这么不讲道理，翅膀都能随意长，而脊椎动物却必须把前肢进化成翅膀。

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昆虫的翅膀是什么部位演变的？
虽然，现在昆虫有各种各样的翅膀，绝大多数没翅膀的也有一个飞行的祖先，但其实昆虫的翅膀被认为只进化了一次。
关于昆虫的翅膀起源，现在依然是进化生物学中最具争议的问题之一，一个多世纪以来一直困扰着昆虫学家，甚至有些科学家调侃这是世界的一个bug 。
目前有三种假说建立这个问题的科学思考。

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第一个是“背甲假说” ，该假说认为，最初昆虫体壁的顶部可能进化出一种滑翔膜，这种膜最终变成现在的翅膀。
但是这样的翅膀真的能改造成一个可以自由煽动的灵活结构吗？就进化而言是很难的，所以又有了第二种假说——“肋膜假说” 。
这种假说则认为现在昆虫的翅膀是由原始的腿形成的，只不过这些腿转移到了背部，这种假说认为昆虫的翅膀是一个简单的附肢。

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其实，昆虫的许多附肢都是经过修饰的腿，比如头上的那两个触角，以及嘴巴边上辅助进食的口器以前可能都是腿。
虽然，附肢可以解释昆虫翅膀能够保持灵活的原因，但是它很难解释现有的翅膀结构，特别是这个附肢最初进化的目的是什么呢，或者说它要变成翅膀会是一个艰难的过程。
所以，现在还有第三种解释，就是“双起源” ，昆虫的翅膀很可能是融合了它的背甲和腿的一个全新结构，背甲提供了翅膀的膜，而腿提供了保持灵活的关节。

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昆虫翅膀的“双起源假说”最初是在1974年提出的，这种进化上的融合听起来很奇怪，但这确实是有先例的。我们前面说的触角和口器，其实都是和其它器官融合的结果，只是不像翅膀那样让人感觉难以完成而已。
那么，你可能还想知道，为什么昆虫可以这样随意组合，而脊椎动物却不行呢？
为什么脊椎动物不能这样组合？
其实原因很简单，昆虫的身体就像一台可以拼凑的机器，而脊椎动物更像一个难以拆分的整体。