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毛毛虫“蜕变”成美丽的蝴蝶，是自然界最奇妙的现象之一。在这个过程中，昆虫的身体究竟发生了什么变化？科学家们利用黑腹果蝇，了解了昆虫完全变态发育的整个过程。显微观察发现，在幼虫体内有一些微小而透明的盘状结构，称为“成虫盘”。成虫盘对应着未来成虫身体的主要结构，包括触角、口器、足和生殖器等附肢，乃至眼、翅和头胸部 的外骨骼。此外，幼虫体内还有大量“成虫细胞”，对应着成虫体内的主要脏器。成虫盘和成虫细胞在昆虫的卵期就形成了，在整个幼虫阶段都安静地休眠着。进入蛹期后，组成幼虫的绝大多数体细胞瓦解成一大团富含营养的“浆糊”，为发育提供营养，同时，成虫盘和成虫细胞迅速生长发育为不同结构。
完全变态的昆虫都采用这样的发育机制。不完全变态的昆虫，如蟑螂、蝗虫，它们早在卵期就已启动了触角、口器、足等的分化，孵化出的若虫是成虫的缩小版，只剩性器官和翅等特殊器官需蜕皮后逐渐长出。
化石和解剖学的证据表明，完全变态是由不完全变态演化而来，这种演化来源于大约两亿八千万年前的一次基因突变。一种名为 broad 的基因对于完全变态昆虫的蛹的形成非常 关键。敲除这个基因，毛毛虫将永远不会形成蛹并且不能变成蝴蝶。
完全变态的主要优点是减轻了卵的营养储备负担，而且蛹期不需要进食。最关键的是，完全变态让幼虫和成虫在生理和习性上都产生了巨大的差异，极大地减轻了成体和幼体在物种内部的竞争。具有完全变态发育的昆虫数目庞大，说明了这种繁殖策略极为成功。
