研究解释了为什么海洋中的昆虫如此之少

东京都立大学的科学家提出了一个假设，解释为什么昆虫在海洋环境中如此罕见。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，这种机制使用分子氧和一种叫做多铜氧化酶-2(MCO2)的酶。现在，他们认为这使它们在海洋中处于劣势，同时它赋予了它们在陆地上帮助它们的优势，使MCO2成为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生物量最多的动物，对全球生态系统产生了重大影响。然而，它们的丰富与它们在海洋中的惊人稀有性相匹配。很少有昆虫称海洋为家，即使它们的亲生祖先来自那里。这是一个普遍存在的科学之谜，科学家们多年来一直试图回答这个问题。

现在，由助理教授浅野纲明领导的东京都立大学的研究人员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，甲壳类动物和昆虫都是同一个家族的一部分，Pancshellacea，昆虫是离开海洋并适应陆地的分支。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。

在以前的工作中，同一团队表明，当昆虫适应陆地环境时，它们进化出一种独特的基因，产生一种称为多铜氧化酶-2(MCO2)的酶，帮助它们利用氧气硬化角质层。MCO2介导一种反应，其中分子氧氧化角质层中称为儿茶酚胺的化合物，将它们转化为结合和硬化表面的试剂。这与甲壳类动物相反，甲壳类动物使用海水中的钙来硬化角质层。该团队声称，由于氧气充足，这使得这片土地更适合昆虫生长。由于缺氧和适应性更强的生物的丰富，海洋现在是一个恶劣的环境。

但不仅仅是因为海洋不再适合昆虫。通过MCO2途径使角质层硬化和干燥，从而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、滑翔并最终飞行的能力的原因。这使他们能够迁移并占据生态系统中以前空荡荡的利基市场，这是导致其数量庞大的强大驱动力。同样，这与甲壳类动物形成鲜明对比，甲壳类动物的壳密度明显更大，密度与钙化程度之间存在很强的相关性。

当然，昆虫并不是唯一适应陆地的节肢动物，所以很明显，MCO2并不是在“陆地生态位”中取得成功的绝对必要条件。然而，昆虫角质层的性质充分说明了它们在陆地环境中的成功。事实上，研究小组认为MCO2可能是昆虫的一个决定性特征——“没有MCO2，就没有昆虫”。他们的工作有望为角质层硬化在昆虫进化和陆地化中发挥的作用提供全新的亮点。