无脊椎动物中的昆虫几乎贡献了世界上一半的物种数量，在这庞大的昆虫家族中，许多形态各异的昆虫令人印象深刻。除此之外还有它们独特的捕猎技巧，以及强大的生存能力，仅是这些就足以让昆虫在多次灭绝的事件中幸存，成为地球上最庞大的物种。
各种各样的昆虫
比起大多数脊椎动物来讲，昆虫虽然可以在自己的世界里成为强者，但放至更大的生态圈来看，捕食者就成了猎物，这是为什么？因为昆虫都太小了，它们很难超越自身，成长为更大的物种。
假设这些昆虫可以长得更大，甚至超过它们在石炭纪时的祖先，以螳螂这样的肉食性昆虫为例，如果200公斤的螳螂和200公斤的老虎碰面打上一场，谁会更厉害一些？为什么昆虫无法成为大型生物？脊椎动物和昆虫的差异到底在哪里？昆虫有哪些弱点？
本文接下来将会从昆虫的生理构造、进化演变，以及生物学构造这几个方面来叙述并解答这些问题。
出乎意料的结局既然是让螳螂和老虎一决高下，那我们先来看看它们之间有哪些制胜的秘密，如果生长至同体重会怎样？
螳螂有着强劲有力的前肢
螳螂最令人印象深刻的一点在于它那双强劲有力的前肢，特化后的前肢成为了捕食的武器，每段关节相比其他肢体有更长的比例，并且前肢表面布满了许多几丁质尖刺。
据科学家记录，螳螂出招捕猎的速度能够达到0.04秒，比眨眼的时间还要快。一旦猎物被捕获，螳螂的前肢会紧紧地把猎物钳制住，尖刺使得猎物没有任何逃脱的机会，只有等待螳螂的直接啃食，过程异常痛苦。
捕食的螳螂
由于螳螂没有上下颚结构，嘴部由多个附肢组成，每个附肢独立运作，用来撕咬猎物。因此，螳螂也不存在有所谓的咬合力，过程更接近撕扯。尽管只是简单的撕扯，也不妨碍螳螂把其他昆虫的复合几丁质外骨骼给破坏掉。
最坚硬的外骨骼昆虫是“铁锭甲虫”，其自身能够承受15千克左右的压力，以此类比，我们姑且把螳螂的撕咬能力提升到合金材料的强度上面。
万兽之王：老虎
让我们再来看看老虎，老虎攻击迅猛，力求一击毙命攻击速度也能达到零点几秒，但速度和螳螂比起来还是稍慢一些。与其他猫科动物一样，老虎主要会攻击猎物的头颅和气管，数厘米长的牙齿配合强大的咬合力能够轻松咬碎猎物的头骨。
以体型最大的东北虎为例，成年东北虎体重最大能够达到350公斤，咬合力490公斤左右。这得益于它们的面部结构设计，老虎的颞颥孔比多数动物都要大，颞肌可以穿过颞颥孔，能够生长出更多的肌肉，这使得它们的咬肌十分健壮。
老虎构造
当我们把两者的体型放大至在同等大小，也就是200公斤的比例，这时神奇的事情出现了。老虎并没有因为体型减小变得失去攻击性，反而有着更为灵活强健的身躯，咬合力也并没有损失太多。反倒是螳螂因为身躯变得太过庞大，整体行动变得异常缓慢，身子也开始摇摇晃晃，捕食机器成为了移动活靶。
螳螂在被放大之后为什么没有想象中那样强大，反而还变弱了，这是为什么？
变大等于变弱首先我们先来说一说螳螂变得行动迟缓这一问题吧，归根结底这要说到昆虫的神经结构。
螳螂结构
昆虫的神经结构和其他脊椎动物不同，昆虫没有髓鞘。这是一种富含脂质的物质，围绕着神经细胞轴突生长，以使它们绝缘，并增加电脉冲沿轴突传递的速度。这种生长并不是完全覆盖神经通路的，而是一节一节的生长覆盖。
可爱的螳螂
这些组织结构遍布在脊椎动物的各个神经节点处，在中枢神经系统中，轴突将电信号从一个神经细胞体传递到另一个神经细胞体时，髓鞘中的髓磷脂会降低生物电容的轴突膜。在分子水平上，节间增加了细胞外和细胞内离子之间的距离，减少了电荷的积累。
髓鞘
髓鞘的不连续性结构导致生物电信号能以跳跃式传导，具体表现为由一个节点跳跃至另一个节点，直到信号到达轴突终端。这些节点非常短，只有1微米长，高效的传递机制使得脊椎动物的反应非常迅速。
昆虫大脑
而昆虫的神经结构并没有进化出这样的传递方式，而是非常原始的直接传递，无髓神经元的电信号传递需要完全经过整个神经通路。如果昆虫体型小，这对它们来讲是好事，然而一旦体型异常庞大，神经通路便会跟着身子一起增长。路径变长，还没有快速的传递方式，昆虫自然而然就变得慢吞吞了。
移动缓慢的问题我们解决了，接下来我们来看看超大号昆虫为什么在摇晃着身子。
数学定律决定出的差异对于身形比例这个问题，就必须提到平方-立方定律。简单地来看，这是一个数学问题。该定律表明，随着物体形状尺寸的增长，其体积的增长速度将会超过表面积。具体增长为，体积三次幂增加，表面积二次幂增加。
在这里我们不需要去计算该公式的具体结果，只需要知道这条定律几乎适用于所有地方，即便是生物生长也不例外。如果生物被等距放大，也就是像文中所描述的那样，那么它们的肌肉力量会被严重降低。
因为肌肉的横截面在该定律下会增加一定比例的平方，质量则会增加一定比例的立方。这就导致心血管和呼吸功能会严重下降。螳螂作为昆虫，其呼吸系统并不像哺乳动物或者鸟类，昆虫的呼吸方式是通过气孔交换完成的。
昆虫的换气运动
我们都知道大部分脊椎动物，特别是哺乳类，它们的呼吸系统是通过肺部空气循环提升血液中的含氧量，增加体内循环的交互；鸟类的肺部是完整的空气循环通路，可以最大化利用空气中的氧气，血氧平衡决定了我们的行动能力。
鸟的结构
但昆虫的血氧平衡必须经由身体周围的气孔吸入空气，然后氧气再由血液吸收，最后再运送至全身各处。这看起来和人类的呼吸循环很相似，但别忘了我们的肺部充满大量肺泡，这会极大地增加吸氧器官的表面积，从而增加氧气吸入量。同时人类还有帮助呼吸的横膈肌，光是呼吸本身就比昆虫更高效。
呼吸系统
还是那句话，昆虫要是小一点还没什么问题，这种传递很快就完成了。但一旦昆虫体型太大，那么它们每一次呼吸就要等待一小会儿才能完成血氧循环，一旦活动起来，氧气还没来得及传递，可能就因氧气不足而倒下。
所以这时的昆虫根本动不起来，稍微活动一下就会出现缺氧，因此也会出现行动不便，看起来摇摇晃晃。另外，昆虫的几丁质外骨骼在它们变态发育之后几乎就不会增长了，由平方-立方定律带来的问题还有异速生长比例缩放的问题。
大象的各部位的骨骼
简而言之就是，动物想要长得更大，相应的肌肉骨骼强度也必须有提升，例如大象拥有更粗壮的骨骼，因为它们必须按照比例来乘载更高的重量。但这个也是有极限的，超过本身的骨骼肌肉强度，庞大的身躯会直接压垮它们。
老虎和螳螂的200公斤对决赛刚一开始，螳螂可能就自己倒下了；又或者是老虎在反复多次的进攻中，破坏了螳螂的外骨骼，然后螳螂又倒下了。以螳螂这时的反应能力和运动能力根本不是老虎的对手。
所以说，昆虫变成今天这样，完全是生物演化的最佳结果。强行给它们增长不会让它们变得更强，只会更弱。这也是为什么今天站在生物链上层的是脊椎动物，而不是无脊椎动物，更不用说像人类这样还有智力的高等生物。
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