昆蟲怎麼會突然擁有翅膀並具備飛行能力呢？ 這個問題並不是憑空提出的。 根據化石記錄來看，這種現象確實顯得非常突兀。 現時發現最早、爭議不大的昆蟲化石出現在約3.8億年前，當時地球上並不存在帶有翅膀的昆蟲。 然而，最早明確有翅膀的昆蟲化石出現在3.25億年前，那時昆蟲的翅膀結構已經相當成熟了。 從3.8億年前到3.25億年前的五千多萬年間，尚未發現過任何具備中間形態翅膀的昆蟲化石，這種演化突然性令人費解。
當然，昆蟲不可能突然就長出翅膀，除非假設有外星文明在3.25億年前到訪地球並改造了昆蟲，但這並不現實。 囙此，科學家們只能一邊繼續尋找可能存在的中間形態化石，一邊利用已有的知識進行推測。 在地球生命史上，飛行能力一共獨立演化了四次：昆蟲、翼龍、鳥類和蝙蝠。 飛魚、鼯鼠等只能滑翔的動物不算在內，因為真正意義上的飛行需要主動扇動翅膀。
觀察翼龍、鳥類和蝙蝠可知，它們的翅膀都是從已有身體結構改造而來，翼龍和蝙蝠的翅膀都是通過前後肢與翼膜連接而形成，鳥類則是前肢長出羽毛變成翅膀。 這說明脊椎動物的基本身體結構並未發生根本變化，翅膀都是通過改造現有結構而產生的。 囙此，昆蟲也很可能通過類似途徑，某個身體結構原本有其他功能，後來逐漸演變為翅膀。
其中一個重要的線索來自一些昆蟲的幼蟲，比如浮游的稚蟲。 浮游和蜻蜓、豆娘一樣都屬於昆蟲綱的古老成員，是最早具備飛行能力的昆蟲之一，研究其演化過程具有重要參攷價值。 浮游的稚蟲腹部側面有兩排小翅膀狀結構，用於水下呼吸（即腮），並能上下擺動。 囙此，有科學家推測，昆蟲的翅膀可能是由腮演化而來的。 2020年一項研究發現，浮游的腮和翅膀在基因表達上具有許多相似性，這進一步支持了腮演化成翅膀的假設。 最初昆蟲胸部、腹部可能都存在腮，胸部的腮後來逐漸轉變功能成為翅膀。
除了腮之外，還有其他可能性。 2017年的研究提出了另一種可靠猜測。 研究人員分析了一種古網翅目的若蟲化石，這些化石來自於晚石炭紀。 該若蟲在前三個體節上長有三對瓣膜，這些瓣膜通過關節與身體連接，可以活動和轉動，具有演變成翅膀的潜力。 儘管當時瓣膜的尺寸並不足以飛行，但可能最初用於調節體溫。 昆蟲是變溫動物，需要通過日曬提升體溫以新增活力，這些瓣膜增大了昆蟲接受熱量的面積，且能够調整角度以更有效地受熱。
在石炭紀時期，地球上開始出現大規模森林，許多昆蟲爬上樹尋找食物。 然而，上樹容易下樹難，當昆蟲偶然掉落時，這些瓣膜讓它們能滑翔一段距離，安全落到另一棵樹上。 這種優勢促使瓣膜逐漸演變得更大、更輕薄，最終形成了真正的翅膀。 但瓣膜最初的起源又是什麼？ 2020年另一項研究探索了昆蟲與甲殼類動物的親緣關係，甲殼類動物和昆蟲擁有共同祖先。 研究人員發現，昆蟲原本和甲殼類一樣擁有八個腿節，但其中兩個腿節融合進昆蟲身體，昆蟲的翅膀可能就是從其中第八個腿節演化而來的。 這一研究進一步驗證了昆蟲翅膀來源於現有結構改造的理論。
當然，現時昆蟲翅膀的確切起源仍然充滿爭議，尚無定論。 簡單總結一下，昆蟲祖先從甲殼類動物分離出來並登上陸地後，兩個腿節融合到體內，其中的第八節演化出瓣膜結構。 這些瓣膜最初用於陸地上曬太陽取暖，後來意外地幫助昆蟲實現滑翔，逐漸演變成翅膀。 正是這種飛行能力，使昆蟲成為地球上最成功的動物類群，佔據了地球真核生物物種數量的一半左右，可以說，沒有翅膀，就沒有昆蟲今日的統治地位。 這便是昆蟲翅膀起源的故事。
