昆虫はどこにでもいます。昆虫こそが地球の本当の「支配者」です。

2023年「中国科学普及青年スター創出コンテスト」の受賞作品

著者: 京

地球の長い歴史の中で、どの種が繁栄し、比類のない存在であったのでしょうか?恐竜？彼らは中生代全体を通じて食物連鎖の頂点に君臨していましたが、大量絶滅の到来とともに、跡形もなく姿を消しました。残された骨や化石を通して、彼らがかつてどれほど雄大であったかを想像することしかできません。人間ですか？確かに、私たちはわずか数千年で地球の支配者になりましたが、地球の65億年と比較すると、数千年はほんの一滴に過ぎず、私たちは地球の発展の中で通りすがりの訪問者としか考えられません。では、地球を支配し、世界中に広がり、今日まで存在し続けている生物はいるのでしょうか?はい、本当にあります。そしてそれは昆虫です。恐竜が出現する前、恐竜は石炭紀全体を支配し、古生代では誰もが認める覇者でした。昆虫は食物連鎖の頂点から転落した後、地球上の種の半分を占めるだけでなく、この大陸の隅々まで増殖して広がり、この惑星に欠かせない一員になりました。しかし長い間、私たちは昆虫についてほとんど知りませんでした。何億年も前の昆虫はどのような姿だったのでしょうか?どのように進化したのでしょうか?それらは私たちの生活にどのような影響を与えるのでしょうか?それを知りたいなら、時間の流れに乗って石炭紀から答えを探し始めてみてはいかがでしょうか。

3億年前の石炭紀は地殻変動が活発だった時代です。地形の変化に伴い、土地面積は増加し続けました。当時の温暖多湿な気候環境と相まって、地球のいたるところに森林や沼地が広がり、昆虫たちには広大な活動空間と豊富な食料源が提供されました。適切な時期と場所の助けを借りて、昆虫は地球征服への道を歩み始めました。水生昆虫の羽毛状の鰓は徐々に翼へと進化し、昆虫は飛ぶ能力を進化させた最初の生物となりました... ほら、こちらに向かって飛んでくるよ、見つからないように気をつけて。

見覚えがあると思いませんか？そうです、私たちがよく知っているトンボの祖先であるメガネトンボです。細長い体、巨大な複眼、2対の透明な羽を持つ、現代のトンボと何ら変わりません。唯一の違いは大きさです。メガネウラトンボの翼開長は0.75〜1メートルで、現代のトンボの6〜9倍、体長は現代のトンボの10倍です。他の生物がまだ不器用に地面を這っていた石炭紀に、空を飛ぶ巨大なトンボは「次元削減の打撃」と表現されるかもしれません。彼らは視覚的な優位性を利用して獲物にロックオンし、低空飛行して足のフックで獲物を捕らえ、強力な顎を使って獲物をバラバラに引き裂いて腹いっぱいに食べました。

メガネウラがなぜこんなに大きいのか、不思議に思うかもしれません。実は、石炭紀の陸上にはメガネラだけでなく、体長2.6メートルの巨大なヤスデや、体長0.6メートルのクモガニ、ネズミほどの大きさのゴキブリなども生息していた。石炭紀が後世に「巨大昆虫の時代」と呼ばれたのも不思議ではありません。昆虫がなぜ大きく成長するかは、彼らの生息環境である森林や沼地と深く関係しています。石炭紀の大陸は植物で覆われており、過剰な酸素が空中に放出されたため、大気中の酸素含有量は 30% に達し、これは今日の大気中の酸素含有量のほぼ 2 倍に相当します。生物学者は、このような酸素が豊富な環境は昆虫の代謝ニーズを満たすのに十分であり、天敵のいない昆虫が大きく成長することを可能にすると考えています。しかし、生物学者の中には、酸素が豊富な環境は昆虫にとって有害で​​あり、昆虫は体への酸素のダメージを減らすために大きく成長する必要があると考える者もいる。まだ決定的な結論は出ていないが、唯一確かなことは、石炭紀の巨大昆虫が食物連鎖の頂点を占め、当時の地球の覇者であったということだ。同時に、カブトムシやハチの祖先に代表される小さな昆虫も、巨大な昆虫の影の下で生息場所を求め、昆虫が優勢な石炭紀の食物連鎖を形成しました。

なぜ巨大な昆虫は跡形もなく消え、今日まで小さな昆虫だけが生き残っているのでしょうか?足元の枯れた枝や葉の厚い層を見れば、答えが見つかります。石炭紀を通じて、大陸は植物の層で覆われていました。植物は死後、土に沈み、石炭に変わりました。 1億年後、これらの石炭は30メートルの厚さの石炭層に蓄積され、地球全体を覆いました。それは、導火線やマッチ一本で全世界を焼き尽くすことができる不安定な火薬庫のようなものだった。ついに地殻変動によりマグマが噴火し、石炭層が高温で燃え始めました。結局、火は地下から地上へと広がった。酸素が豊富な環境では激しく燃え、木1本、木2本、そして森林全体に燃え広がり、最終的には終わりのない火の海に広がりました。これは石炭紀の大量絶滅イベント、つまり石炭紀の石炭燃焼イベントです。

巨大昆虫は生存に不可欠な湿潤環境を失っただけでなく、火が広がるにつれて身を隠せる場所さえ見つけられなくなった。巨大なトンボでさえ、休める枝を見つけることができませんでした。彼らは疲れ果てて火の中に落ち、炎に飲み込まれてしまった。火災は10年間燃え続け、大陸の表面のほとんどを焼き尽くし、山と川で隔てられた地域だけが生き残りました。石炭の燃焼によって発生した有毒ガスは酸素要求量の高い種に大きな影響を与え、残存した巨大昆虫も呼吸器系の問題で大量に死亡した。災害後の食糧不足などの要因も相まって、巨大な昆虫は死滅し、極限環境に適応した小型の昆虫だけが生き残った。優位な地位を失った彼らは、新たな環境でどうやって自分たちの道を見つけることができるのでしょうか?

これは石炭紀の石炭燃焼現象から数百万年後のペルム紀です。長い回復期間を経て、地球は再び繁栄した状態に戻りました。爬虫類が新たな覇者となり世界を支配し、昆虫は獲物となった。昆虫は生き残るために、まったく新しい食物連鎖の中で自分の居場所を見つけるために、新しい方向に進化しなければなりません。私たちに向かって這い寄ってくるのは、この時期の昆虫の進化の代表であるゴキブリです。もちろん、このゴキブリはあのゴキブリではありません。よく知られている「シャオチアン」とそれが属するバッタ目は、それから1億年後のジュラ紀まで出現しませんでした。ここにいるゴキブリは、実は多翅目ゴキブリに似た昆虫「小強」の祖先です。

石炭紀の石炭燃焼イベントの生き残りとして、多翅目昆虫は昆虫種の継続であるだけでなく、昆虫の粘り強い生命力と超進化能力の代表でもあります。ペルム紀末期の種の絶滅の際、多翅目に属する小型昆虫は、その強い適応力によって生き延びただけでなく、徐々に分化し、異なる進化の道をたどって、私たちがよく知る現代の分類群を形成しました。ある系統は食物連鎖の上位に上り、他の昆虫を捕獲して生きる肉食昆虫となり、捕獲脚を進化させました。それがカマキリ目に属するカマキリです。もう一つの系統は現状に満足し、他の生物の腐敗物や排泄物を食べて生き、食物連鎖の最下層で分解者の役割を果たし続けた。それがゴキブリ目（Blattodea）のゴキブリである。その後、進化の過程で、一部のゴキブリは食の好みや生活習慣を変えました。彼らは木々を食べ始め、明らかな集団組織と階級分業を示しました。これらは等翅目シロアリです。昆虫研究の深まりにより、シロアリは科学者の助けを借りて「原点に戻り」、ゴキブリ目（Blattodea）に組み込まれ、ゴキブリの親戚となった。

時間を数百万年前のペルム紀後の中生代まで遡ってみましょう。多翅目昆虫の小型種に加えて、他の昆虫も出現し始めました。彼らと新興生物、特に被子植物は、多様で複雑な共進化のメカニズムを共に構築しました。昆虫と植物の関係は何ですか？草食昆虫と植物の関係は、あたかも両者の関係は「食べること」と「食べられること」だけであるかのように対比されることが多い。この概念は間違っています。実際、昆虫と植物は相互依存しており、お互いなしでは生きていけません。昆虫の摂食行動は、植物間の受粉の重要な経路であるだけでなく、植物が豊かで多様な花の形や構造を形成できるようにするだけでなく、植物が自己防衛のためにさまざまな防御機構を進化させることを可能にし、昆虫の進化プロセスを加速させます。 「あなたには計画があり、私にははしごがある」というゲームのプロセスの中で、植物や昆虫は未知の領域に向かって進化を続け、今日の昆虫や被子植物の驚くべき多様性を生み出しています。

中生代後期の白亜紀に被子植物が歴史の舞台に登場すると、昆虫も大きな変化を遂げました。完全変態昆虫は、この時期に急速に出現した新しい勢力でした。完全変態昆虫とは何ですか?いわゆる完全変態昆虫とは、その発育過程に「卵」「幼虫」「蛹」「成虫」の4段階がある昆虫を指します。各段階の形態や習性は異なります。たとえば、幼虫段階は栄養の蓄積のみを担い、蛹段階は急速な成長のみを担い、成虫段階は摂食と繁殖を担います。完全変態昆虫は、異なる段階間の大きな違いにより、異なる段階で異なる生態学的ニッチを占め、幼虫と成虫の直接的な競争を避け、内部摩擦を軽減できるだけでなく、エネルギーを合理的に配分し、異なる段階でさまざまなタスクを完了できるため、生存率と繁殖率が大幅に向上します。また、各段階で変異の可能性があるため、完全変態昆虫の多様性が大幅に増加し、厳しい自然環境でも種の存続の火種を保ちやすくなります。これらの特徴により、完全変態昆虫は最終的に地球上で最も成功した生物の 1 つとなり、数億年経った今でも、私たちの周りにはこれらの昆虫がまだ生息しています。

完全変態昆虫が被子植物の出現に深く関係しているのは、受粉や受粉媒介において重要な役割を果たしているからです。たとえば、膜翅目のハチやアリ、鞘翅目のカブトムシ、鱗翅目の蝶や蛾は、今日でも植物の繁殖にとって重要な媒介物です。長い進化の過程で、一部の完全変態昆虫は異なるアプローチを取り、生態系において他の役割を果たすようになりました。たとえば、双翅目のハエや蚊は分解者としての役割を引き受け、恐竜や他の生物の死骸や排泄物を自然に戻すようになりました。私たちは蚊やハエを避けようとしても、自然界における蚊やハエの価値と役割は、私たち人間のそれよりもはるかに大きいのです。昆虫は白亜紀後期に小惑星が地球に衝突し、再び大量絶滅が起こるまで、地球上で繁殖と進化を続けました。恐竜の絶滅とともに地球は新生代に入り、私たちがよく知る昆虫の世界が形成され、現在まで続いています。

石炭紀の巨人から現代の小さな虫まで、環境に適応するための自己進化に加え、弱い昆虫はどのようにして外部の脅威を避け、今日まで生き残り、繁殖しているのでしょうか。これは彼らの生存戦略と密接に関係しています。昆虫の世界を武術の世界に例えると、生き残るために、一部の昆虫も独自の武術を持ち、危険に遭遇したときに安全に逃げることができます。彼らの宗派は何ですか？大まかに分けると、威嚇、変装、偽装の3つになります。学術界では、これら 3 つの主要な流派は、「ベイツ型擬態」、「ムー型擬態」、「隠れ擬態」という別名で呼ばれています。

擬態とは何ですか?擬態とは、ある生物が利益を得るために別の生物や環境内の他の物体を模倣する現象です。昆虫の擬態には長い歴史があります。ジュラ紀の初めには、クサカゲロウの羽には裸子植物の葉のような縞模様が発達し、羽の葉脈も葉のような形になっていました。これらはすべて、初期の昆虫が擬態を使って天敵を避けた例です。新生代に入ってからは、昆虫の継続的な進化と外部からの脅威の増加に伴い、昆虫の擬態戦略はますます複雑かつ多様化し、最終的に上記3種類の擬態に代表される生存手段を形成しました。

ベイツ型擬態は威嚇としても知られ、無毒で食用になる昆虫が、捕食者を追い払うために、有毒で食用にならない他の昆虫の外見を模倣する生存戦略を指します。北米に生息するクロシマアジサシは、この戦略の忠実な支持者です。毒はないが、幼少の頃から有毒なオオカバマダラの真似をして天敵を欺き、捕食される運命を免れている。 2 種類の蝶を比べてみると、黒縞模様のアゲハチョウの優れた「模倣能力」に驚かされるでしょう。体の形が似ているだけでなく、羽の色の分布や羽脈の方向まで驚くほど一貫しています。専門家でなければ、両者の微妙な違いを区別するのは困難です。さらに、ハナアブ、チューブバエ、シカガ、クリアウィングガも黒と黄色の外観特性を保持しており、遠くから見るとミツバチと違いがないため、ほとんどの捕食者が攻撃するのを思いとどまるのに十分です。

ベイズの擬態と比較すると、ミュラーの擬態に代表されるカモフラージュ派はさらに一歩進んでいます。これは具体的には、外見が互いに似ている 2 種類の有毒で食べられない昆虫の生存戦略を指します。すでに防御手段があるのに、他の種を真似するのは少し冗長に思えませんか?しかし実際には、これはまさに昆虫の素晴らしい生存哲学です。連続した損失から得た教訓は、捕食者がすべての類似の昆虫から遠ざかるのに十分であり、それによって両方の昆虫の個体群が捕食される可能性を減らし、種の存続を確実にします。ムッソーニの擬態は珍しいことではありません。一般的なミツバチ、スズメバチ、スズメバチはすべて針を持っており、色も黒と黄色で、お互いを守る役割を果たしています。有毒なキツネノマダラとリンゴノマダラは、外見が非常に似ているだけでなく、羽の色や模様も異なっており、自然の驚異に感嘆せざるを得ません。

ベイツ型擬態とミュラー型擬態は昆虫間の相互模倣である。謎めいた模倣に代表される変装流派は、異なるアプローチをとっています。自らの生活空間を創り出すために、まずは環境から始めます。体表の色や形を変えることで、枯れ枝や落ち葉、石などと見分けがつかないようにし、自然環境に溶け込み、警戒心を抱く捕食者を避けます。我々に馴染みのある代表的なものとしては、ムカデやナナフシが挙げられますが、これらは見た目が枯れ葉や枝に似ているだけでなく、危険に直面しても動かず、植物に溶け込むことで天敵の目を避け、自らの命を守ります。植物ベースの隠蔽擬態に加えて、外来種ベースの隠蔽擬態と呼ばれる別の分野があります。アゲハチョウやいくつかの小さな蛾の幼虫は、鳥の糞と外見が非常に似ています。葉の蝶やナナフシと比べると、彼らは捕食者を避けるためだけでなく、何も知らない「通行人」に誤って食べられたり怪我をしたりすることを避けるためにも糞に偽装します。これは隠れた模倣の高度なバージョンとみなすことができます。

多くの昆虫は、生存に加えて、子孫が生まれるように、たとえ自分の命を犠牲にしても、繁殖のために懸命に働かなければなりません。交尾中にオスの昆虫は殺され、メスの昆虫に食べられて、新しい生命を育むための栄養になる必要があるのです。この現象は「共食い」と呼ばれ、カマキリやクモによく見られます。なぜメスの昆虫はオスの昆虫を食べるのでしょうか？まず第一に、この種の昆虫のメスはオスよりも大きくて強いことが多く、交尾のプロセスにおいて絶対的な主導権を持っています。メスの目には、セックスを求めてくるオスは恋人であるだけでなく、メスが殺すための餌でもある。お腹が空いている場合は、お腹を満たすのに最適です。オスも、交尾の機会と引き換えにメスに食べられることをいとわない。たとえば、ほとんどのオスのセアカゴケグモは交尾中に積極的に体をねじり、メスのクモに食べられることを期待して、メスの口の近くに移動しようとします。もちろん、そこにはいくつかのトリックが関わっています。メスのクモに食べられている間も、オスのクモは交尾して子孫としてさらに卵を産むことができます。物語の中の称賛と感嘆に値する偉大な愛に比べ、異性間の対立と征服は民族の永遠のテーマである。 「共食い」とは、生殖の主導権を持つメスがオスを征服し、オスが反撃する方法を模索する行為である。民族全体も、性的ゲームの長い過程の中で常に進化し、最良の繁殖と生存戦略を模索しています。

進化の過程において昆虫が早期に分化したため、私たちは昆虫に対して他の哺乳類ほど親しみやすい印象を持っていません。彼らの手足、口器、翼は私たちに恐怖を感じさせ、彼らから遠ざかろうとさせることが多いのです。しかし、科学者の目には、これは昆虫の進化哲学と知恵の結晶であり、蝶や衛星などの科学的革新にとって重要な参考資料です。衛星の開発過程で、科学者を悩ませている問題があります。宇宙を周回する衛星が直射日光にさらされると、表面温度は2000℃に達し、日陰の領域に回転すると、温度はマイナス200℃程度まで急激に低下します。短時間に極端な温度変化が起こると、衛星内の機械に簡単に損傷を与える可能性があります。これを回避する方法はありますか?科学者たちは蝶に目をつけた。蝶の体にある小さな鱗は閉じることで体表面の温度を調節することができます。周囲の温度が高すぎる場合、鱗片が自動的に開き、太陽光を屈折させて熱エネルギーの吸収を減らします。周囲の温度が低すぎる場合、鱗片は自動的に閉じ、直射日光が透過して熱を吸収できるようにします。これにヒントを得て、科学者たちは衛星の内部と外部の温度の大きな変動を防ぐために、蝶のように開閉できる可動式ヒートシンクを衛星に設置した。

昆虫の生活習慣は、科学や工学だけでなく、社会学の発展にも影響を与えてきました。アメリカの博物学者エドワード・ウィルソンは、アリの集団生活と組織構造を研究することで集団意識と献身の起源を説明し、これに基づいて社会生物学という新しい学問分野を創設しました。この主題について聞いたことがないかもしれませんが、これは、生物界における難しい問題、つまり利他主義の出現の理由、つまり「なぜ人は他人を救うために自分の命を危険にさらすことがあるのか​​」に対する新しい答えを提供します。ダーウィンの進化論によれば、自らの遺伝子の継続に反するそのような行動は不合理であり、長い進化の競争の中で排除されるべきである。しかし、明らかにこの発言は現実に反しています。生物界は愛と無私の行動に満ちており、進化論ではこの現象を説明できません。その後、ウィリアム・ハミルトンは「血縁選択」の理論を提唱しました。これは、利他主義の根拠は2つの種の間の血縁関係であり、利他的な行動は個体群の存続を確実にするために同じ種内でのみ起こるというものです。しかし、ウィルソンの実験では、異なる種のアリであっても、一緒に暮らして成長する限りは利他的な行動を示すことが確認されました。また、人間社会では他人を救うために自分の命を犠牲にするケースもあり、「血縁選択」ではこの現象を完全に説明することはできません。アリの研究に基づくウィルソンの「集団選択」理論は、利他主義を説明する新しい視点を提供します。利他主義の起源は血縁関係ではなく、集団の共通の成長です。日々の生活の中で、個人は分業と協力を学んできました。彼らは、自分が所属するグループのためにすべてを捧げるだけでなく、他の同胞を守り、グループの存続を確実にするために自分自身を犠牲にすることもいとわない。他者とのつながり、協力、競争を確立する利他主義などの行動は、個人、集団、さらには社会間の相互作用を深め、社会進化の重要な原動力となります。

石炭紀に地球上の優占種であった昆虫は、ペルム紀以降徐々に分化・進化し、白亜紀に被子植物とともに出現し、以来地球の不可欠な一部となっている。数億年の間に、人類は4回の大量絶滅を経験し、そのたびにほぼすべての生命が絶滅した。数え切れないほど多くの種の興亡と気候の変化を目の当たりにしてきたのは昆虫だけです。彼らは現在でも地球上で粘り強く生き残っており、地球の生態系の中で最も多様で最大の生物群となっています。もしある日、地球の表面が再び壊滅的な打撃を受けたら、その廃墟から再び立ち上がるのは人間ではなく、おそらくアリやゴキブリ、蚊である可能性が高いと私たちは信じています。そして、彼らは新しい環境の中で進化を続け、新しい生態系に欠かせない存在となるでしょう。彼らと自然との戦いは永遠に終わりなく続くだろう。