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这些毫米级昆虫化石:反映中生代湖泊经历的"大革命"

科技资讯  2018年9月6日 11:26  来源:新浪科技
摘要:昆虫与湖泊,貌似没多少关系。然而,我们今日要讲的,却偏偏是“小不点”昆虫化石与中生代湖泊“大革命”的故事。

  来源:科学大院

  昆虫与湖泊,貌似没多少关系。然而,我们今日要讲的,却偏偏是“小不点”昆虫化石与中生代湖泊“大革命”的故事。

  速看全文版:近来,中科院率领的科研团队在陕西和新疆两个三叠纪昆虫化石群中发现了一些现生昆虫的最早化石记录,证实了全变态昆虫和水生昆虫在约2.37亿年前经历了快速辐射和多样化,将“中生代湖泊革命”提前了至少5000万年。该研究于9月5日在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》(Science Advances)。

本次研究发现的铜川和克拉玛依昆虫群典型分子本次研究发现的铜川和克拉玛依昆虫群典型分子

  如果看完上面这段内容你还有(bu)点(zhi)兴(suo)趣(yun),那就试着继续往下看一看。

  湖泊生态革命,从侏罗纪开始?

  谈到湖泊,就看我国五大淡水湖,多是风光旖旎,鱼米足。作为现今地球上生物多样性最高的生态环境之一,湖泊可以说是众多水生动植物的“快乐家园”。

  然而,你可曾想到,在2亿多年前的湖泊中,这种生机勃勃的场景却并不存在。特别是在2.5亿年前的二叠纪大灭绝之后,整个陆地生态系统中,75%的生物受到了毁灭性打击。由于干旱,湖泊更是稀少,仅有的湖泊中,也只有少数几种生物生存,一片死气沉沉。

  直到一场“中生代湖泊革命”的到来,湖泊才开始逐渐拥有了“生机”。亚利桑那大学Andrew Cohen教授2003年在他的专著《古湖泊学》中首次提出,可能是在侏罗纪到白垩纪,存在着一次“中生代湖泊革命”,形成了现代湖泊生态系统的雏形。 

示意湖泊生态系统的演化,中间深色标志为湖泊生态革命(Cohen,2003)示意湖泊生态系统的演化,中间深色标志为湖泊生态革命(Cohen,2003)

  然而,湖泊生态革命,真的是从侏罗纪才开始的吗?

  由中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化”团队采集的、来自中国西北地区两个三叠纪地层中的昆虫化石群,为了解这个过程打一扇新的窗口,表明Cohen教授所说的“中生代湖泊革命”,早在三叠纪就已经开始!

  “毫米级”昆虫化石告诉我们什么?

  团队成员郑大燃博士、王博研究员等与香港大学、长庆油田等科研人员,用了近十年时间,对陕西铜川昆虫群和新疆克拉玛依昆虫群进行了科学考察和化石发掘,先后收集了近千枚昆虫化石。

科研人员在铜川昆虫群(左)以及克拉玛依昆虫群(右)进行现场挖掘科研人员在铜川昆虫群(左)以及克拉玛依昆虫群(右)进行现场挖掘

  通过研究发现,两个生物群中的昆虫化石个体普遍很小,体长大都是毫米级的。铜川昆虫群包含至少11目28科,是世界范围内三叠纪最丰富的昆虫群之一。该昆虫群拥有超过14个科的全变态昆虫,占所有昆虫化石的约65%。克拉玛依昆虫群包含6目10科,以石蚕巢和划蝽为代表。

  全变态昆虫的一生分为四个阶段:卵——幼虫——蛹——成虫。幼虫与成虫在外部形态及生活习性上有很大差异,在幼虫老熟脱皮化蛹时,幼虫形态消失,而蛹期形态与成虫基本接近,如鳞翅目(蛾、蝴蝶)、鞘翅目(甲虫)。(图片来源:网络)

  在这千余枚昆虫化石中,包括:

  1、铜川昆虫群中保存了大量身体完好的甲虫;

  2、 在两个昆虫群中都发现了毛翅目幼虫构筑的巢穴-石蚕巢(毛翅目是鳞翅目的姊妹类群,即蝴蝶、飞蛾的远亲),毛翅目的起源和筑巢行为追溯到了三叠纪拉丁期;

此次发现的世界上最早的石蚕巢此次发现的世界上最早的石蚕巢
现生的石蚕和它的巢穴(图片来源:网络)现生的石蚕和它的巢穴(图片来源:网络)

  3、两个昆虫群都拥有当时多样性最高的全变态昆虫,以长翅目和鞘翅目为代表;

铜川昆虫群中的昆虫种类,红框中的表示几类当时很繁盛的昆虫铜川昆虫群中的昆虫种类,红框中的表示几类当时很繁盛的昆虫

  4、克拉玛依昆虫群中发现的大量划蝽也是最早的水生蝽类。

克拉玛依昆虫群中发现的划蝽克拉玛依昆虫群中发现的划蝽
现生划蝽(图片来源:网络)现生划蝽(图片来源:网络)

  铜川和克拉玛依昆虫群中全变态昆虫的高多样性及高丰度,揭示了中三叠世全变态昆虫发生了大辐射(即突然增多),全变态昆虫大辐射的时间比过去认识的至少要早2000万年。

中三叠世全变态昆虫演化和三叠纪陆地生物复苏中三叠世全变态昆虫演化和三叠纪陆地生物复苏

  此次,大量水生昆虫(如:水生蝽类)的发现,表明水生昆虫的多样化在中三叠世晚期已经出现。这一事实,将原本假设的“中生代湖泊革命”的时间向前推进了5000万年。

  而毫米级的昆虫体长,也说明在二叠纪末大灭绝之后,昆虫的复苏也经历了艰难漫长过程(想想大灭绝之前70厘米长的大蜻蜓)。

  此外,为确定相关化石群的准确年龄,研究团队还在铜川昆虫群产出层位上下采集了凝灰质砂岩样品(火山灰),对样品中锆石进行了铀-铅同位素年代学测试分析,结果显示铜川昆虫群的绝对年龄约为2.37亿年,为同时期生物群对比提供了时代依据。

铜川昆虫群铀-铅同位素年代学测试结果铜川昆虫群铀-铅同位素年代学测试结果

  结语

  总之,这些毫米级“小不点”昆虫化石的发现,证实了全变态和水生昆虫在中三叠世晚期经历了一次大辐射,也反映了真正的中生代湖泊“大革命”!