为什么海洋中的昆虫如此之少

东京都立大学的科学家们提出了一个假设，解释为什么海洋环境中的昆虫如此罕见。他们之前表明，昆虫进化出一种独特的化学机制来硬化它们的壳，该机制使用分子氧和一种称为多铜氧化酶-2 (MCO2) 的酶。现在，他们争辩说，这使它们在海洋中处于劣势，而在陆地上却赋予了它们优势，将 MCO2 置于昆虫生态进化的核心。

昆虫是地球上最成功的生物之一。据说它们构成了所有陆生动物中最多的生物量，并对全球生态系统产生重大影响。然而，它们的丰富性与它们在海洋中惊人的稀有性相匹配。很少有昆虫以海洋为家，尽管它们的生物祖先来自那里。这是一个普遍存在的科学之谜，科学家们多年来一直试图解开这个谜团。

现在，东京都立大学的研究人员以助理教授 Tsunaki Asano 为首，提出了一种基于进化遗传学的解决方案。最新的分子系统发育学告诉我们，甲壳类动物和昆虫同属泛甲壳动物科，而昆虫是离开海洋适应陆地的一个分支。它们有一个共同的重要特征，即由蜡层和硬角质层组成的外骨骼。在之前的工作中，同一个团队表明，当昆虫适应陆地环境时，它们会进化出一种独特的基因，这种基因会产生一种叫做多铜氧化酶-2 (MCO2) 的酶，这种酶可以帮助它们利用氧气硬化表皮。MCO2 介导分子氧氧化角质层中称为儿茶酚胺的化合物的反应，将它们转化为结合和硬化表面的物质。这与甲壳类动物相反，甲壳类动物使用海水中的钙来硬化它们的角质层。该团队声称，由于氧气丰富，这使得土地更适合昆虫生存。由于缺氧和大量适应性更好的生物，海洋现在是一个恶劣的环境。

但这不仅仅是因为大海不再像昆虫那么好客了。通过 MCO2 途径硬化和干燥角质层会产生一种不仅具有保护性而且重量轻的生物材料。他们假设这可能就是昆虫获得攀爬植物、滑行并最终飞行的能力的原因。这使它们能够迁移并占据生态系统中以前空缺的生态位，这是导致它们数量庞大的强大驱动力。同样，这与甲壳类动物形成对比，甲壳类动物的壳明显更致密，密度与钙化程度之间有很强的相关性。

当然，昆虫并不是唯一适应陆地的节肢动物，因此很明显，MCO2 并不是在“陆地生态位”中取得成功所必需的。然而，昆虫表皮的性质充分说明了它们在陆地环境中的成功。事实上，该团队认为 MCO2 可能是昆虫的一个决定性特征：“没有 MCO2，就没有昆虫。” 他们的工作有望对角质层硬化在昆虫进化和陆地化中可能发挥的作用提供全新的亮点。