當一位神學家問J.B.S.霍爾丹，他從研究自然世界中可以推斷出上帝的什麼想法時，據說這位著名的進化生物學家回答說：“上帝特別喜歡甲蟲。”
這句話或許是杜撰的，但也包含著大量的真理。證據來自迄今為止已描述的屬於190科的超過40萬種甲蟲。這意味著，在科學已知的全部150萬個物種（涵蓋所有動物、植物和微生物）中，大約四分之一是甲蟲。事實上，這個群體巨大的多樣性“可能正是促使[查爾斯]·達爾文和[阿爾弗雷德·拉塞爾]·華萊士構想出自然選擇機制的原因之一，”倫敦自然歷史博物館的高階甲蟲館長馬克斯·巴克利解釋說。“因此，我們認為甲蟲的多樣性實際上有助於我們理解自身在宇宙中的位置。但從那時起，許多科學家一直在試圖找出這種非凡多樣性的原因。”
早期提出的一個解釋是，甲蟲具有硬化的前翅，稱為鞘翅，它們在飛行翅膀上形成一個保護 капсула。這使它們能夠生活在各種昆蟲無法進入的環境中——樹皮下、哺乳動物的糞便中或鳥巢中，僅舉幾例。另一個被提出的觀點是，植食性甲蟲隨著陸地植物的多樣化而多樣化，因為植物本身在進化過程中分裂成許多譜系。隨著甲蟲專門以特定植物為食，它們會分裂成不同的物種。
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但是，最大的甲蟲科仍然難以解釋，因為它們的鞘翅高度退化，而且它們不以植物為食。這個科是“房間裡的大怪物”，包含超過 66,000 個物種，即隱翅蟲科。加州理工學院的進化生物學家 喬·帕克 說，隱翅蟲科“不僅是甲蟲中最大的科；也是整個動物界中最大的科”。
在外形上，隱翅蟲是小型且顏色單調的昆蟲，以落葉層中的小動物為食。它們並非來自特別令人印象深刻的進化血統，而且它們也沒有什麼特別值得注意的地方。那麼，它們是如何成為進化成功的典範的呢？“在被稱為 Aleocharinae 的隱翅蟲譜系中，發生了一些事情，導致其多樣性爆發。那件事是什麼呢？它們都有腹部中令人難以置信的化學防禦腺，”帕克說。
Aleocharinae 亞科約有 17,000 個已知物種，是隱翅蟲科中最大的亞科。帕克懷疑這只是“冰山一角”——在這個研究相對不足的群體中可能存在數十萬個物種。
Aleocharine 甲蟲成功的秘訣現在可能已經被發現了。帕克和他的團隊已經弄清楚了這些隱翅蟲腹部的化學防禦腺是如何以及何時進化的——以及為什麼它是這個譜系隨後進化繁榮的關鍵。帕克研究團隊的研究結果於 5 月釋出在 bioRxiv 預印本伺服器上，目前正在期刊中接受同行評審以供發表。
化學防禦腺非常有用，因為它使甲蟲能夠擊退和阻止會吃掉它們的捕食者。“然而，具有適應性優勢並不是物種豐富的理由，”倫敦帝國學院研究甲蟲的 阿弗裡德·沃格勒 指出，他並未參與這項研究。
一定還有其他因素驅動了這種多樣化。“問題是，為什麼落葉層中的小型捕食者會變得如此多樣化？”巴克利問道。“很難想到一個理由，因為它們所做的事情實際上非常簡單。它們只是獵殺其他昆蟲或蠕蟲或蛞蝓的幼蟲並吃掉它們。”
帕克認為，一種觀點是，大約在 1 億年前的化石記錄中首次出現的可怕的捕食者螞蟻，可能推動了隱翅蟲的進化和多樣化。他說，很難高估螞蟻在塑造現代陸地生態系統方面的作用，它們透過導致許多昆蟲物種滅絕，特別是在過去 5000 萬年中，產生了巨大的影響。他認為，隱翅蟲之所以能夠倖存和成功，是因為它們找到了各種化學策略來防禦螞蟻——並與螞蟻共存，有時甚至在它們的巢穴內。
在這項新研究中，帕克的團隊對幾種隱翅蟲物種及其近親的基因組進行了測序，以拼湊出化學防禦腺進化的時間和順序。他們發現，該腺體最初進化於大約 1.48 億年前，即侏羅紀和白堊紀的交界處。但當時，該腺體僅產生類似於碳氫化合物的脂肪酸溶劑，幾乎所有昆蟲都在其角質層中產生碳氫化合物以防止乾燥並進行化學通訊。直到後來，大約在 1.1 億年前，甲蟲產生啟用疼痛受體的有毒化學物質的能力才進化出來。事實上，該腺體需要兩種新細胞型別的進化：一種產生無害的脂肪酸溶劑，另一種產生稱為苯醌的有毒化合物混合物。苯醌需要溶解在脂肪酸溶劑中才能成為甲蟲可以噴灑在攻擊螞蟻身上的有效混合物，以擊退它們。
研究人員發現，這種腺體在數千種隱翅蟲物種中儲存了億萬年，因為它在對抗螞蟻方面非常有效。與此同時，它也成為各種化學創新的基礎。一些以蟎蟲為食的隱翅蟲物種進化出了不產生毒素的腺體，而是釋放一種模仿蟎蟲性外激素（交配化學物質）的化學物質，以便引誘並吃掉它們。
其他隱翅蟲譜系已經融入螞蟻群落。這些被稱為蟻棲性動物（“螞蟻愛好者”）的甲蟲會產生安撫螞蟻而不是驅趕螞蟻的化學物質。這些甲蟲還會從螞蟻的角質層中收集碳氫化合物，以便用特定於每個蟻巢的化學特徵塗抹自己。這使它們能夠將自己偽裝成螞蟻，並在蟻巢內生活和繁榮，在那裡它們可以找到源源不斷的食物和保護。這些只是化學創新使隱翅蟲得以繁榮的各種方式中的一部分。“這種化學欺騙非常複雜，”巴克利說。“基本上，一種通用武器已經被改進為各種額外的用途。”
帕克的團隊還弄清楚了隱翅蟲避免被危險的苯醌毒害自己的巧妙方法。它們將毒素的化學前體與催化反應最後一步以產生毒素的酶分開儲存。透過將這兩種化學物質儲存在單獨的細胞區室中，產生苯醌的細胞確保有毒物質不會在細胞內部產生。只有當前體和酶在細胞外一起釋放時，才會形成毒素。當毒素在腺體中釋放時，腺體位於身體外部，然後毒素溶解在溶劑中，可以噴灑到任何攻擊的螞蟻身上。
有趣的是，這並不是自然界第一次找到這種巧妙的解決方案來安全處理毒物。這種雙區室策略在植物中也很常見，植物產生毒素以防止食草動物吃掉它們。
因此，樸實無華的隱翅蟲透過成為化學大師而獲得成功，並且它們與生物世界中其他譜系獨立發現的一些相同技巧趨同，以安全地處理毒物。
至關重要的是，甲蟲的化學防禦腺在螞蟻成為一種重要的生態力量之前已經存在了數千萬年。直到螞蟻在過去 5000 萬年中開始在陸地生態系統中擴散之後，它們才導致許多無脊椎動物物種滅絕，這導致了可以選擇與螞蟻共存的譜系，這要歸功於化學或物理防禦。“關鍵在於，某些特徵已經進化了很長時間，但當環境中的某些事物發生變化時，它們突然對譜系多樣化具有了新的意義，”帕克說。
儘管如此，巴克利認為螞蟻可能只是隱翅蟲多樣性的部分解釋。當植物推動植食性甲蟲的多樣化時，新甲蟲譜系的數目或多或少與新植物物種的數目成正比。但是隱翅蟲比螞蟻多樣得多。因此，巴克利說，肯定還有其他原因。
最後，很明顯，甲蟲不可估量的多樣性沒有單一的、全面的原因，而是多種因素共同促成了它們的成功。這就是為什麼它“是一個有點令人沮喪的問題，因為它到目前為止還沒有一個直接的答案，”巴克利說。“所以甚至嘗試回答這個問題都是非常勇敢的。”