当一位神学家问J.B.S.霍尔丹，他从研究自然世界中可以推断出上帝的什么想法时，据说这位著名的进化生物学家回答说：“上帝特别喜欢甲虫。”
这句话或许是杜撰的，但也包含着大量的真理。证据来自迄今为止已描述的属于190科的超过40万种甲虫。这意味着，在科学已知的全部150万个物种（涵盖所有动物、植物和微生物）中，大约四分之一是甲虫。事实上，这个群体巨大的多样性“可能正是促使[查尔斯]·达尔文和[阿尔弗雷德·拉塞尔]·华莱士构想出自然选择机制的原因之一，”伦敦自然历史博物馆的高级甲虫馆长马克斯·巴克利解释说。“因此，我们认为甲虫的多样性实际上有助于我们理解自身在宇宙中的位置。但从那时起，许多科学家一直在试图找出这种非凡多样性的原因。”
早期提出的一个解释是，甲虫具有硬化的前翅，称为鞘翅，它们在飞行翅膀上形成一个保护 капсула。这使它们能够生活在各种昆虫无法进入的环境中——树皮下、哺乳动物的粪便中或鸟巢中，仅举几例。另一个被提出的观点是，植食性甲虫随着陆地植物的多样化而多样化，因为植物本身在进化过程中分裂成许多谱系。随着甲虫专门以特定植物为食，它们会分裂成不同的物种。
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但是，最大的甲虫科仍然难以解释，因为它们的鞘翅高度退化，而且它们不以植物为食。这个科是“房间里的大怪物”，包含超过 66,000 个物种，即隐翅虫科。加州理工学院的进化生物学家 乔·帕克 说，隐翅虫科“不仅是甲虫中最大的科；也是整个动物界中最大的科”。
在外形上，隐翅虫是小型且颜色单调的昆虫，以落叶层中的小动物为食。它们并非来自特别令人印象深刻的进化血统，而且它们也没有什么特别值得注意的地方。那么，它们是如何成为进化成功的典范的呢？“在被称为 Aleocharinae 的隐翅虫谱系中，发生了一些事情，导致其多样性爆发。那件事是什么呢？它们都有腹部中令人难以置信的化学防御腺，”帕克说。
Aleocharinae 亚科约有 17,000 个已知物种，是隐翅虫科中最大的亚科。帕克怀疑这只是“冰山一角”——在这个研究相对不足的群体中可能存在数十万个物种。
Aleocharine 甲虫成功的秘诀现在可能已经被发现了。帕克和他的团队已经弄清楚了这些隐翅虫腹部的化学防御腺是如何以及何时进化的——以及为什么它是这个谱系随后进化繁荣的关键。帕克研究团队的研究结果于 5 月发布在 bioRxiv 预印本服务器上，目前正在期刊中接受同行评审以供发表。
化学防御腺非常有用，因为它使甲虫能够击退和阻止会吃掉它们的捕食者。“然而，具有适应性优势并不是物种丰富的理由，”伦敦帝国学院研究甲虫的 阿弗里德·沃格勒 指出，他并未参与这项研究。
一定还有其他因素驱动了这种多样化。“问题是，为什么落叶层中的小型捕食者会变得如此多样化？”巴克利问道。“很难想到一个理由，因为它们所做的事情实际上非常简单。它们只是猎杀其他昆虫或蠕虫或蛞蝓的幼虫并吃掉它们。”
帕克认为，一种观点是，大约在 1 亿年前的化石记录中首次出现的可怕的捕食者蚂蚁，可能推动了隐翅虫的进化和多样化。他说，很难高估蚂蚁在塑造现代陆地生态系统方面的作用，它们通过导致许多昆虫物种灭绝，特别是在过去 5000 万年中，产生了巨大的影响。他认为，隐翅虫之所以能够幸存和成功，是因为它们找到了各种化学策略来防御蚂蚁——并与蚂蚁共存，有时甚至在它们的巢穴内。
在这项新研究中，帕克的团队对几种隐翅虫物种及其近亲的基因组进行了测序，以拼凑出化学防御腺进化的时间和顺序。他们发现，该腺体最初进化于大约 1.48 亿年前，即侏罗纪和白垩纪的交界处。但当时，该腺体仅产生类似于碳氢化合物的脂肪酸溶剂，几乎所有昆虫都在其角质层中产生碳氢化合物以防止干燥并进行化学通讯。直到后来，大约在 1.1 亿年前，甲虫产生激活疼痛受体的有毒化学物质的能力才进化出来。事实上，该腺体需要两种新细胞类型的进化：一种产生无害的脂肪酸溶剂，另一种产生称为苯醌的有毒化合物混合物。苯醌需要溶解在脂肪酸溶剂中才能成为甲虫可以喷洒在攻击蚂蚁身上的有效混合物，以击退它们。
研究人员发现，这种腺体在数千种隐翅虫物种中保存了亿万年，因为它在对抗蚂蚁方面非常有效。与此同时，它也成为各种化学创新的基础。一些以螨虫为食的隐翅虫物种进化出了不产生毒素的腺体，而是释放一种模仿螨虫性外激素（交配化学物质）的化学物质，以便引诱并吃掉它们。
其他隐翅虫谱系已经融入蚂蚁群落。这些被称为蚁栖性动物（“蚂蚁爱好者”）的甲虫会产生安抚蚂蚁而不是驱赶蚂蚁的化学物质。这些甲虫还会从蚂蚁的角质层中收集碳氢化合物，以便用特定于每个蚁巢的化学特征涂抹自己。这使它们能够将自己伪装成蚂蚁，并在蚁巢内生活和繁荣，在那里它们可以找到源源不断的食物和保护。这些只是化学创新使隐翅虫得以繁荣的各种方式中的一部分。“这种化学欺骗非常复杂，”巴克利说。“基本上，一种通用武器已经被改进为各种额外的用途。”
帕克的团队还弄清楚了隐翅虫避免被危险的苯醌毒害自己的巧妙方法。它们将毒素的化学前体与催化反应最后一步以产生毒素的酶分开保存。通过将这两种化学物质保存在单独的细胞区室中，产生苯醌的细胞确保有毒物质不会在细胞内部产生。只有当前体和酶在细胞外一起释放时，才会形成毒素。当毒素在腺体中释放时，腺体位于身体外部，然后毒素溶解在溶剂中，可以喷洒到任何攻击的蚂蚁身上。
有趣的是，这并不是自然界第一次找到这种巧妙的解决方案来安全处理毒物。这种双区室策略在植物中也很常见，植物产生毒素以防止食草动物吃掉它们。
因此，朴实无华的隐翅虫通过成为化学大师而获得成功，并且它们与生物世界中其他谱系独立发现的一些相同技巧趋同，以安全地处理毒物。
至关重要的是，甲虫的化学防御腺在蚂蚁成为一种重要的生态力量之前已经存在了数千万年。直到蚂蚁在过去 5000 万年中开始在陆地生态系统中扩散之后，它们才导致许多无脊椎动物物种灭绝，这导致了可以选择与蚂蚁共存的谱系，这要归功于化学或物理防御。“关键在于，某些特征已经进化了很长时间，但当环境中的某些事物发生变化时，它们突然对谱系多样化具有了新的意义，”帕克说。
尽管如此，巴克利认为蚂蚁可能只是隐翅虫多样性的部分解释。当植物推动植食性甲虫的多样化时，新甲虫谱系的数目或多或少与新植物物种的数目成正比。但是隐翅虫比蚂蚁多样得多。因此，巴克利说，肯定还有其他原因。
最后，很明显，甲虫不可估量的多样性没有单一的、全面的原因，而是多种因素共同促成了它们的成功。这就是为什么它“是一个有点令人沮丧的问题，因为它到目前为止还没有一个直接的答案，”巴克利说。“所以甚至尝试回答这个问题都是非常勇敢的。”