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甲蟲在進化上取得了顯著的成功，這在很大程度上歸功于它們獨特的腺體結構，這些腺體能合成防御性的化學物質。
經過數百萬年的演化，這種適應性使甲蟲能夠占據多種生態(tài)位，突出了細胞變化對物種進化的影響進化之謎與甲蟲多樣性隨著地球上生命的不斷演化，一些生物群體變得極其多樣化，而另一些則相對有限甚至完全消失理解為什么某些群體比其他群體更容易進化一直是科學家研究生命史的關鍵問題之一。
甲蟲就是這樣一個成功的進化案例已知約有40萬種甲蟲物種，約占所有已描述生命形式的四分之一，加上可能尚未被發(fā)現的種類，其多樣性無與倫比這種美麗和多樣性吸引了年輕的查爾斯·達爾文和阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士，他們都是自然選擇理論的共同發(fā)現者。
但究竟是什么讓甲蟲如此多產呢？一種流行的解釋是，甲蟲進化出了硬化的鞘翅結構來保護它們脆弱的飛行翅膀，這使得甲蟲能夠在許多其他昆蟲無法進入的環(huán)境中生存下來另一種理論認為，甲蟲與開花植物共同進化，在適應以開花植物為食的過程中，甲蟲與開花植物一起多樣化。
喬·帕克（Joe Parker）對蟲子和甲蟲長達數十年的癡迷使他最近被任命為加州理工學院的助理教授作為一名昆蟲學家，他專注于研究特定種類的甲蟲，這有助于我們解答一些關于進化的基本問題甲蟲的獨特特征然而，上述兩種觀點都不足以解釋最大的一類甲蟲——隱翅蟲科（超過66,000個物種），不僅是最大的甲蟲家族，也是整個動物王國中最大的家族之一。
隱翅蟲是一個謎：它們似乎放棄了強有力的鞘翅保護，并且大多是掠食性的而非植食性的然而，在過去的2億年里，它們在地球生物圈中爆發(fā)式增長，侵入了每一個可以想象到的陸地生態(tài)位推動這一顯著成功的是喬·帕克實驗室研究人員的一項新研究的重點。
該研究由前博士后學者希拉·基奇（Sheila Kitchen）領導，并于6月17日發(fā)表在《細胞》雜志網絡版上這項研究表明，在這些甲蟲體內形成的兩種細胞類型負責化學防御腺的進化，這是它們全球擴散背后的催化劑。
腺體的力量2021年，帕克實驗室的研究人員研究了一種被稱為“三角腺”的腺體，這是甲蟲靈活腹部尖端的一種結構研究小組展示了甲腺是如何由兩種獨特的細胞類型組成的：一種是產生苯醌這種有毒化合物的細胞，另一種是產生一種液體混合物（或溶劑），苯醌溶解在其中，形成一種強有力的雞尾酒，甲蟲會向捕食者釋放。
在這項新研究中，基奇、帕克及其合作者從甲蟲進化樹上的不同物種中收集了整個基因組，并分析了腺體兩種細胞類型表達的基因這樣做使他們能夠發(fā)現1億多年前進化的古老基因工具包，使這些昆蟲具有強大的化學防御能力“在拼湊基因組的過程中，我們驚訝地發(fā)現，在這個龐大的甲蟲群體中，腺體的遺傳結構是如此相似，”現在是德克薩斯農工大學助理教授的基欽說。
“當我們開始研究特定的基因家族時，我們發(fā)現了數百個在腺體中發(fā)現了新功能的古老基因，以及一組小但必不可少的進化新基因這些新基因是甲蟲進化出神奇化學反應的關鍵這個故事是由我們優(yōu)秀的跨學科進化生物學家、化學生態(tài)學家、蛋白質生化學家和顯微鏡學家組成的團隊講述的。
”進化創(chuàng)新與物種輻射追溯腺體進化的分子步驟，研究小組發(fā)現了甲蟲進化到安全生產有毒苯醌的方式的重大進化創(chuàng)新他們發(fā)現，甲蟲偶然發(fā)現了一種毒素分泌機制，這種機制與植物控制化合物釋放以阻止食草動物的機制驚人地相似。
它們將毒素與糖分子結合，使其失去活性，然后只有當化學物質在甲蟲自身細胞外安全分泌時，才將毒素從糖中分離出來帕克說：“非常了不起的是，具有化學防御能力的甲蟲將與植物幾乎相同的細胞機制結合在一起，從而不會讓自己的有害化學物質毒害自己。
”這種機制在早白堊紀演化；在它們進化之后，甲蟲開始擴散成數萬甚至數十萬種“這是典型的關鍵創(chuàng)新一旦他們找到了這個解決方案，從進化的角度來看，它真的占據了他們的位置，”帕克說缺少腺體的相關甲蟲譜系沒有同樣的進化多樣化，只有幾十到幾百種。
化學進化與生態(tài)適應通過探索不同物種的化學物質，研究人員發(fā)現，雖然組成腺體的兩種細胞類型基本保持不變，但它們產生的化學物質可以發(fā)生戲劇性的進化，使甲蟲適應不同的生態(tài)位這種腺體可以被看作是一種化學實驗室，在那里，甲蟲可以合成在新環(huán)境中生存所需的化合物。
例如，一組甲蟲進化成捕食螨蟲，并改變腺體分泌螨蟲性信息素；另一種生活在蟻群中，并產生化學物質來安撫其他極具攻擊性的工蟻，使甲蟲與螞蟻共生，甚至捕食它們“隱翅蟲的腺體是一種不可思議的、可重新編程的裝置，它可以產生新的化學物質，進化出新的相互作用，”帕克說。
“這使這些甲蟲能夠實現極端形式的生態(tài)專業(yè)化如果沒有腺體，就不可能進入這些甲蟲找到的奇怪而奇妙的生態(tài)位”進化適應的諷刺具有諷刺意味的是，研究小組發(fā)現，在一個甲蟲群體中，腺體是多余的根據基欽的說法，“很明顯，一旦你在一個由數百萬具攻擊性的螞蟻組成的蟻群中生活了足夠長的時間，你就不再需要這個腺體了。
我們發(fā)現，那些設法誘騙螞蟻接受它們進入社會的甲蟲在進化過程中失去了腺體它們的腺體工具包基因積累了許多失活突變蟻群對大多數物種來說都是一個可怕的地方，但對這些甲蟲來說，它是一個沒有危險的堡壘 —— 它們誘使螞蟻保護它們。
”這項新研究強調了細胞水平上的進化變化如何對生態(tài)和進化多樣化產生重大的、長期的影響。在這種情況下，導致了大自然對甲蟲的過分喜愛。