昆虫定义

“昆虫”一词源自拉丁语 - insectum，意为“身体有切割或分裂”。当我们说“昆虫”这个词时，脑海中首先浮现的印象是渺小的动物或传播疾病的害虫，但从生物学角度来看，昆虫属于Insecta纲的生物。昆虫的种类繁多，从小小的蚂蚁到大型的竹节虫，它们是生物界中最多样化的类别。已知存在约一百万种昆虫，约占地球上已知动物总数的百分之九十。

无论是草原、沙漠、湿地还是海洋，昆虫几乎存在于所有环境和栖息地。几乎所有的昆虫都是卵生的；大多数利用腿或翅膀进行运动。一些生活在水中或水边的昆虫也能游泳。昆虫的一般特征包括外骨骼，即外部骨骼，三段式（分为三部分）的身体，以及分节的腿。

昆虫的进化与历史

据了解，昆虫在地球上存在了非常长的时间。科学家估计，昆虫起源于大约4.8亿年前的志留纪。从那时起，这些生物随着地球环境和气候的变化而不断进化和适应。

大多数现存昆虫种类是在二叠纪进化的。被认为是地球历史上最大规模的灭绝事件——约2.52亿年前发生的二叠纪-三叠纪灭绝事件，导致了许多早期昆虫物种的灭绝。在三叠纪（2.52亿至2.01亿年前），在这次灾难的幸存者中出现了基本上就是现存的昆虫目。除了少数例外，几乎所有现代昆虫科都起源于侏罗纪（2.01亿至2.41亿年前）。包括膜翅目（黄蜂、蜜蜂和蚂蚁）、鳞翅目（蝴蝶）以及许多种类的双翅目（苍蝇）和鞘翅目（甲虫）在内的几种非常成功的昆虫类群，在白垩纪（1.45亿至6600万年前）与开花植物一同进化，生动地展示了协同进化的过程。始于约6600万年前的新生代，见证了许多现存昆虫亚科的进化。此后的昆虫化石常保存在琥珀中，其中大部分保存完好。这些标本很容易与现存物种相匹配，而且大多数属于同一类别。

昆虫形态学

如前所述，昆虫的身体分为三段：上部为头部，中部为胸部，最后一部分为腹部。与其他陆地动物不同，昆虫有外骨骼。

1) 头部

大多数昆虫的头部被坚硬、高度骨化的外骨骼头壳所包裹。由于大多数主要的感官器官，如触角、单眼和复眼都位于头壳内，因此这是合乎情理的。昆虫的眼睛是该区域最显著的结构。昆虫的眼睛由称为小眼的单元组成，一个眼睛中可能有多达三万个小眼。昆虫头部下一个结构是触角，它是头部上的敏感附肢。触角可以感知触觉，并拥有微小的感官器官，使昆虫能够感知气味、热量、压力、湿度，甚至可能还有它们在空间中的位置。口器是昆虫头部另一个重要的区域，包括上颚、下唇（上唇），以及某些物种的大颚（颚）。这些口器根据昆虫物种的不同，用于不同的目的。蚊子等昆虫拥有由上颚形成的针状结构——口器。它们的作用是在吸血时刺穿其他动物的皮肤。

2) 胸部

胸部是昆虫头部和腹部之间的中部。该区域进一步细分为三个部分——前胸、中胸和后胸。前胸是离昆虫头部最近的部分。该区域包含第一对腿和前胸背板。胸部的下一个部分是中胸。中胸是第二对腿或昆虫翅膀（如果有的话）所在的位置。胸部的第三个也是最后一个后部胸节，与腹部相邻，是后胸。该区域有第三对腿和后翅。翼胸是指中胸和后胸，因为它们都承载翅膀。

在几乎所有系统发育发达的昆虫物种的第二个和第三个胸节上，可以看到两对翅膀。作为无脊椎动物，只有昆虫进化出了飞行的能力？胸部的肌肉为翅膀提供动力。

胸部发现的下一个结构是昆虫的腿。通常，腿分为几个节。第一个是基节，接着是转节、股节、胫节、跗节和后跗节。

3) 腹部

在昆虫身体的三段中，最后一段是腹部，与前两段（头部和胸部）相对。腹部通常包含多达十二个节，并且骨化程度较低。每个腹部部分都用背板和腹板表示，可能还有侧板。在许多昆虫的胚胎发育阶段和原始昆虫的胚后发育阶段，存在11个腹部节段。虽然现代昆虫腹部节段数趋于减少，但胚胎阶段的原始11个节段数仍然保持完整。昆虫腹部的最初七个节段结构相似，没有附肢。在后面的节段中，昆虫拥有生殖器官和排泄器官。一些水生昆虫，如银鱼和弹尾虫，在刚出生时就有附肢。

生殖器官或生殖器：“外生殖器”一词指的是主要位于体内但专门用于交配和产卵的一组器官。昆虫的这些器官形式多样，通常具有重要的分类学意义，尤其是在结构相似的种类之间。雌性昆虫的外生殖器通常不那么复杂且变化不大，而雄性生殖器则可能因物种而异。因此，雄性生殖器是区分这些物种的重要因素。雌性生殖器由排卵和交配器官组成。

昆虫的体表系统

昆虫的体表系统包括神经系统、呼吸系统、循环系统、生殖系统、消化系统和内分泌系统。这些昆虫系统将在下面解释。

1) 神经系统

昆虫的大脑和腹神经索构成了该生物的神经系统。六个融合的节段构成头壳，每个节段有两个神经节——大脑外的一簇神经细胞。最初的三对神经节融合形成昆虫的大脑。而剩余的三对则融合形成食道下神经节，这是一个位于无脊椎动物食道下方的含有三对神经节的器官。许多昆虫物种拥有由疼痛感应和传递细胞组成的伤害感受器。科学家于2003年确定了这一点。尽管在昆虫中已观察到嗅觉，但它们是否意识到自己所遭受的痛苦尚存争议。

2) 呼吸系统

昆虫的呼吸不依赖肺部。在没有肺的情况下，这些生物的呼吸系统通过使用内部通道和囊状腔室的网络来完成，这些通道和腔室允许气体扩散或被积极推送。这种积极的气体推送作用有助于直接向组织提供氧气，通过气管。由于氧气是直接输送的，循环系统的负担大大减轻，它不需要输送氧气。昆虫的呼吸系统缺乏血管或动脉等器官；相反，它有一个单一的、多孔的背管，通过蠕动运动进行泵送。

3) 循环系统

昆虫的循环系统由其体液（血淋巴）、心脏和背血管组成。昆虫血液的主要作用是运输营养物质和代谢废物。它在渗透压调节、热量管理、免疫、水分保持、碳水化合物、脂类和骨骼功能方面发挥作用。此外，它对于蜕皮过程至关重要。在某些物种中，血淋巴还可以作为捕食者的屏障。它可能含有难闻的气味或味道的化合物，可以吓退捕食者。

4) 生殖系统

绝大多数昆虫是卵生的。雌性在成对的卵巢中产生卵子。在交配期间，雄性通过外生殖器将精子（在单个或可能两个睾丸中产生）传递给雌性，雌性体内有一个受精囊，用于储存精子。卵子通过输卵管移动，以被精子受精。最终，卵子通过产卵器产下。

5) 消化系统

在身体细胞利用食物产生能量、发育或繁殖之前，食物必须先通过分解反应分解成更小的单元，如氨基酸和简单碳水化合物。这个食物分解过程称为消化。消化道（肠道）纵向贯穿昆虫的身体。它是消化系统的主要组成部分。食物通过消化道，从口腔输送到肛门。昆虫的大部分消化发生在肠道。消化道分为前肠、中肠和后肠三部分，每一部分都执行特定的消化功能。

除了消化道，昆虫还拥有成对的唾液腺和储液器。通常，前肠和这些成分一起位于胸部。前肠是消化道的第一个部分。为了防止复杂的食物，前肠具有由几丁质和蛋白质组成的角质层。消化过程从该区域开始。在这里，唾液将部分咀嚼过的食物分解成更简单的单元。食物通过前肠后，进入下一个区域，即中肠。它通常被称为中肠。几乎所有的消化都在该区域发生。消化道的下一个也是最后一部分是后肠，也称为后肠。在这里，未消化的食物颗粒与尿酸粘附在一起，形成粪块。

6) 内分泌系统

与其他生物一样，昆虫的内分泌系统由几个腺体组成，即神经分泌腺、心腺、前胸腺和合体腺。除了产生神经激素外，无脊椎动物的内分泌系统还会产生调节蜕皮、滞育、繁殖、渗透压代谢和肌肉收缩的激素。

昆虫的超感官知觉

许多昆虫拥有极其敏感和发达的感官器官。以下列出了一些

1) 昆虫的视觉和发光

大多数昆虫能够区分光线和黑暗，但某些洞穴栖息的昆虫除外。它们拥有敏锐的视觉，能够捕捉到最微小的运动。生物发光是一些昆虫物种拥有的特性。甲虫的萤科（Lampyridae），包括萤火虫，是世界上最广为人知的发光昆虫。其他物种，如弹尾科（Poduridae）、原尾科（Onychiuridae）、蕈蚊科（Mycetophilidae）等，也拥有这种特性。

2) 声音的产生和听觉

昆虫是最早能够产生和感知声音的生物。昆虫的附肢，如腿和翅膀，经常通过机械方式产生声音。摩擦发声是这种声音产生方式的术语。一些昆虫能够听到超声波频率。由于蝙蝠会发出超声波来探测和捕食猎物，这种能力使这些昆虫能够知道它们是否被蝙蝠发现了。各种昆虫物种能够发出低沉的声音。昆虫的运动会产生这些低沉的噪音。昆虫运动的自然声音会被其附肢上的微小摩擦器官放大。这有时被用来警告或与他人互动。多种半翅目昆虫，如负蝽科（corixids，俗称水黾），使用水下声音进行交流。

3) 化学通讯

昆虫通过各种感官进行化学通讯，包括嗅觉和味觉。性信息素是信息传递的物质，用于吸引、驱赶和传递信息。性信息素的两个主要类别是信息素（pheromones）和异种信息素（kairomones）。蝴蝶大蓝灰蝶（Phengaris arion）是捕食者利用化学信号作为一种模仿来引诱猎物的例子。除了使用声音进行相同的目的外，各种昆虫还发展了化学通讯技术。这些性信息素，例如具有指示性或吸引性性质的，源自植物化合物。

昆虫的运动

大多数昆虫通过行走、飞行或游泳来运动。

1) 行走或爬行运动

已观察到，大多数昆虫成虫用六条腿行走。它们使用交替摇摆的步态行走。对蚂蚁和蟑螂的研究表明，这种不寻常的三脚架步态使它们能够走得更快并提供稳定性。在快速移动的昆虫中，三足步行以最简单的形式表现出来。尽管不固定，但这种运动方式允许昆虫进行广泛的运动。这包括慢速行走、绕过障碍物转弯、攀爬等。

2) 游泳运动

许多昆虫将全部或大部分生命周期在水下度过。在许多原始昆虫物种中，出生后的早期阶段发生在水生环境中。一些甲虫物种也被已知有水生成虫。其中许多生物具有使它们在水下移动更容易的适应性。它们已经将腿改造成类似桨状。蜻蜓的稚虫通过喷射从它们的直肠腔中排出水。像水黾一样，某些物种可以在水面上移动。

3) 飞行运动

昆虫是唯一进化出飞行能力的无脊椎动物类别。关于昆虫翅膀如何进化的，人们意见不一。一些昆虫学家认为昆虫翅膀起源于亲缘叶或其角质层的附肢。一些猜测包括声称翅膀从变异的附肢（如鳃、气孔瓣或前翅）中出现。根据这个想法，腿或基节附近的附肢赋予昆虫翅膀。如今，飞行昆虫最长的翼展约为0.28米（或12英寸）。石炭纪的一些巨脉蜻蜓（Meganeura）的翼展测量值高达0.5米。

昆虫的防御和捕食

与其他大型生物相比，昆虫的身体通常柔软、脆弱，且相对没有防御能力。昆虫生命的所有阶段都容易受到寄生和捕食，因为幼体阶段尺寸小、移动缓慢，或者在某些情况下是静止的。为了保护自己免受捕食者或寄生虫的侵害，昆虫使用多种防御机制。

1. 伪装

伪装是一种重要的防御策略，它利用颜色或形状来融入周围环境。例如，许多叶甲虫或象鼻虫物种，通常具有这种保护性着色。这些物种中的许多具有雕刻、鳞片或不同颜色的毛发，使它们看起来像鸟粪或其他令人不快的物体。

2. 模仿或拟态

模仿或拟态是另一种防御技术，它经常利用颜色或形状来欺骗潜在的威胁。尽管天牛科昆虫并不危险，但它们与黄蜂的相似性帮助它们中的许多避免了捕食者。自然选择和遗传变异导致了可食用昆虫物种模仿不可食用物种以获得优势。

3. 化学防御

化学防御是另一种有效的方法，通常由颜色鲜艳的物种表现出来。帝王蝶和其他属于鞘翅目和鳞翅目的昆虫使用这种防御方法。这些昆虫通过储存它们从食用的植被中获取的化学物质来变得危险。有些甚至能够形成毒素。

昆虫的生态学

昆虫与其直接环境相互作用的经验研究被称为昆虫生态学。昆虫在其生态系统中扮演着各种至关重要的角色，包括土壤疏松和通风、排泄物处理、昆虫防治、授粉和野生动物的食物来源。例如，以甲虫为例，它们是食腐动物，以死亡的动物和倒下的树木为食，将生物成分回收成其他生物可以利用的形式。这些昆虫和其他一些动物主要调节着产生表土的过程。

1. 昆虫作为分解者

以腐烂或死亡的动植物物质为食的昆虫被称为分解者。这些昆虫，也称为腐食性，根据其主要的营养来源可分为三类。它们分别是：以死亡生物为食的昆虫，以死植物为食的昆虫，以及以动物粪便为食的昆虫。当死植物被吃掉时，会暴露更大的区域。这使得植物的分解速度更快，因为消耗植物的微生物数量激增。昆虫对腐殖质的形成做出了重大贡献。这些生物产生植物生长所需的大部分矿物质、碳和氮。

2. 昆虫作为传粉者

大多数开花植物依赖其他动物传播花粉。尽管其他动物也对授粉做出贡献，但昆虫完成了相当大的比例。这是互利共生关系的一个绝佳例子，因为这些传粉昆虫通常从这些植物那里获得能量丰富的花蜜。许多花朵的特征优先吸引一种传粉者而不是其他传粉者，而这些是由于复杂的动植物适应性而发展起来的。鲜艳的颜色，特别是紫外线，以及吸引人的性信息素有助于传粉者找到花朵。花卉学是研究昆虫授粉的科学。

蛾子和蝴蝶有长长的喙和毛茸茸的身体，可以深入到管状花中。蝴蝶主要在白天飞翔，并被粉红色、淡紫色或紫色的花朵吸引。这些花朵通常很大且芬芳，并且雄蕊的排列方式使得昆虫每次食用花蜜时，花粉都会落在它们身上。

3. 昆虫与人类的关系

大多数昆虫被人类视为害虫，其中大部分包括寄生虫（如虱子和臭虫）、疾病传播者（如苍蝇和蚊子）或对我们的农作物造成损害的昆虫（如蝗虫）。除了备受关注的害虫外，其他昆虫对环境和人类也有益。蜜蜂、蝴蝶和蚂蚁等有助于植物之间的异花授粉。这是植物和昆虫之间互利共生工作的例子。昆虫生产多种工业产品。例如，蜜蜂生产蜡和蜂蜜；蚕生产丝绸等等。在世界的一些地方，昆虫也用于传统饮食。昆虫对我们的生态系统至关重要，并在食物链和生态平衡中发挥着重要作用。