奇思妙想

昆蟲是如何長大的？為什麼沒有恐龍那麼大的昆蟲？

文／顧世紅．圖／梅永生

　看了昆蟲特展「蟲蟲總動園」的巨蟲模型，很多小朋友也許會問這樣的問題， 昆蟲模型真是好大好大哦！可是我們實際生活中所看到的活體昆蟲是很小很小啊！這是為什麼呢？昆蟲是如何長大？牠們是不是可以長得像恐龍一樣大呢？

　這些問題的答案可能要從昆蟲的外表皮談起。一般高等動物從小到大生長量約為幾百甚至幾千倍，由於其表皮也隨之長大，故不需要蛻皮。但昆蟲就不一樣了，由於昆蟲在幼蟲期，其頭部及胸部的一些表皮幾乎是完全幾丁質（或稱甲殼素或角質素）化，沒有進一步擴張的餘地，其他的表皮也由於伸展性有限，所以隨著幼蟲體內組織器官的生長，舊的表皮就越來越不適應其生長量增加的需求，而需更換新的、更大的表皮，以滿足體內組織器官的進一步生長，這就形成了幼蟲蛻皮的原因。

　幼蟲期的蛻皮次數因昆蟲種類的不同而異，但同一種類的昆蟲，其蛻皮次數是恆定的，大部分昆蟲為4~6次。一般而言，兩次蛻皮之間的時期，我們稱為齡期，以後每蛻皮一次增加一齡。例如從卵新孵化的幼蟲稱第一齡，第一次蛻皮後稱第二齡。經過許多次幼蟲蛻皮後，昆蟲就不能一直維持原有的狀態了，而必須進行體內組織的重大改組。這是因為幼蟲期是大量取食、增加生長量的時期，但牠們沒有交配繁殖後代的能力，為了使昆蟲能代代繁衍，子孫滿堂，幼蟲必須更改原有的形態，邁向成蟲的發育時期，這個由幼蟲向成蟲的轉變，一般稱為變態。

　絕大多數的昆蟲從幼蟲邁向成蟲的轉變可以說曲折複雜, 牠們經歷了一個稱為「蛹」的發育時期，在蛹期，蟲體看似不食不動，但體內組織器官的改組可以說是千變萬化，短短的幾天時間裡， 又肥又壯的毛毛蟲可以展翅高飛。牠們接下來的任務便是尋找配偶，交配產卵，從而完成繁殖後代的重任。像這樣通過蛹這一變態發育過程的昆蟲，我們稱為完全變態（圖1） 。除此之外，有些昆蟲種類沒有蛹的發育過程，而直接由幼蟲轉變為成蟲。其幼蟲與成蟲的形態基本相似，只是幼蟲具有翅芽，生殖腺沒有成熟，但成蟲期具有翅膀，有成熟的生殖腺，這種變態方式我們稱為不完全變態（圖2） ，其幼蟲又可稱為若蟲，例如蝗蟲、竹節蟲等。除此之外，還有一類昆蟲稱為無變態，存在於原始的無翅昆蟲，幼蟲與成蟲除了大小之外，外形上沒有顯著的差異。

　由於蛻皮與變態過程的發生，使昆蟲在生長與發育過程中有一顯著特點，即為不連續性（或稱間斷性）生長，體內組織器官的生長主要集中在各個不同的齡期，但外表皮的生長卻發生在齡與齡的間期，即每次蛻皮期才有外表皮的擴張。看到這裡，小朋友們一定會問，那麼到底是什麼時期的幼蟲的大小決定了成蟲的大小呢？答案是幼蟲期生長量的多少決定了成蟲的大小，而幼蟲期生長量主要集中在最後一齡幼蟲，因此最後一齡幼蟲體重的最大值與成蟲的大小密切相關。由上可知，幾丁質外表皮生長的特性及幼蟲期恆定的蛻皮次數限制了昆蟲的生長量的增加，造就了昆蟲小型的身體。

　另外，昆蟲屬於無脊椎動物，雖然體內沒有脊椎骨，其支撐整個身體器官與肌肉的即為上述外表皮（即外骨骼） ，而外骨骼的支撐力是有限度的，如果昆蟲長得跟恐龍一樣大，必須全面改變其外骨骼的系統，才能支撐整個身體。

　除了幾丁質的外表皮的存在外，昆蟲獨特的呼吸系統和血液循環系統也和昆蟲的大小有關，昆蟲呼吸時從開口於體壁之氣門取得空氣中之氧氣，然後藉著擴散作用，經由細小漫長的氣管而傳至組織或器官中，儘管這樣的呼吸系統對昆蟲這樣的小動物來說，效率很高，但如果昆蟲長成像恐龍那麼大的話，這樣的呼吸系統勢必要進行重大的改變，否則光靠空氣的擴散是不足的。昆蟲也沒有動脈和靜脈，血液是流動於體內各處的，稱為開放式循環，牠們的身體背部具有一條長管，稱背脈管，心臟位於背部後端，並沒有太大的功能，只是負責將血液泵送出去而已，因此昆蟲微弱的血液循環系統也限制了昆蟲體型的大小。

　事實上，昆蟲嬌小玲瓏的身體本身也是其成功適應環境變遷的秘訣所在，小型的身體只需極少量的食物即可滿足其生長發育及新陳代謝的需求，也有助於其隱藏、躲避侵害、被攜帶並進行傳播與擴散, 小型的身體也與昆蟲較短的生活週期及極強的繁殖能力密切相關。

　或許有人會質疑在古代也有很大的昆蟲，例如古竹節蟲可以長達六、七十公分。但是牠們最大也比不上真正大型動物，如大象或恐龍等。另一方面這些大型的古代昆蟲在體形上都是屬於瘦長形，因其身體截面積不大，不論在體壁厚度與硬度上，或是氣管呼吸的氣體傳送上，均較容易克服。如果長期演化將昆蟲推向巨形生物，則大部分現今所見的昆蟲適應徵象勢必要有重大改變，而昆蟲由古代較大的體型演化至現今的小型似乎也告訴了我們一項事實，昆蟲不可能長得跟恐龍一樣大。

圖1.金龜子為完全變態類昆蟲，有卵、幼蟲(a)、蛹(b)及成蟲(c)四個發育時期。

圖2.螽虫斯是一不完全變態類昆蟲，若蟲(a)與成蟲(b)的外形差異僅在翅膀的發育。