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【科技日报】1.8亿年前,昆虫就已举行“集体婚礼”

2022-06-23 科技日报 张晔
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  许多昆虫都有婚飞这一行为。每当春夏之际,成群飞虫聚集在一片区域飞舞,其实就是婚飞。而该研究表明,这种复杂的集群婚飞行为在1.8亿年前的早侏罗世就已存在于蜉蝣基干类群中。

  寻找中意的配偶并繁殖下一代,是生物重要的本能行为。近日,中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)的科研人员,在广西贺州市西湾盆地下侏罗统石梯组中发现了丰富的海陆相动植物化石,建立了“西湾生物群”并揭示了最古老的昆虫婚飞行为,这也是最古老的昆虫资源脉冲现象。通俗来说,婚飞行为就是一次大型“集体婚礼”。

  该成果为我们深入了解中生代湖泊生态系统的特征和演化历程,以及水—陆生态系统间的联系提供了重要证据。相关成果发表于《地质学》和《历史生物学》期刊。

  1.8亿年前的早侏罗世昆虫相亲大会

  南京古生物所博士生张前旗在研究员王博和研究员张海春的指导下,与广西地质调查院等合作,对我国南方多个地区的中生代早期陆相地层开展了详细的调查工作。他们在广西贺州市西湾盆地发现了丰富的海陆相动植物化石。

  西湾盆地中生界研究历史悠久,南京古生物所院士斯行健、周志炎都曾研究过产自西湾的植物化石,其中石梯组的昆虫化石曾由研究员林启彬集中报道。这一次,研究团队开展了地层学、古植物学、古昆虫学、沉积学多科学的综合性研究,并将在石梯组发现的鲨鱼卵鞘、昆虫以及植物等化石与前人报道过的其他化石综合命名为“西湾生物群”。

  在所挖掘的化石中,研究团队在石梯组发现了一层壮观的蜉蝣成虫集群化石,蜉蝣个体数量高达数百只。这些蜉蝣为一新分类群——张氏侏罗沙蜉,归入沙蜉科,在分类位置上属于蜉蝣的基干类群。这是沙蜉科在中国的首次发现,并且是该科已知保存最完整的化石。

  化石层中蜉蝣成虫互相重叠,虫体朝向各异。化石层中381只成虫保存方向的统计数据图,显示这些蜉蝣化石无明显的定向性。

  “蜉蝣常被认为‘朝生暮死’,寿命极短,但其实它们变为成虫之前,要在水中度过一段时光。”张前旗告诉记者,现生蜉蝣生命周期的大部分时间都生活在水中,羽化后的成虫通常只能存活数小时至几天。就在短暂的成虫阶段,雄性个体在空中形成密集的集群,雌性个体必须在飞入并穿过雄性集群过程中找到雄虫交配,再找到合适的地方产卵,才能实现后代的繁衍。

  许多昆虫都有婚飞这一行为。每当春夏之际,成群飞虫聚集在一片区域飞舞,其实就是婚飞。而该研究表明,这种复杂的集群婚飞行为在1.8亿年前的早侏罗世就已存在于蜉蝣基干类群中。

  最古老的昆虫资源脉冲效应

  在自然界中,资源波动有时以脉冲形式发生,呈现出频率低、强度高和持续时间短等特征。资源脉冲是指短时间内出现大量可用资源的事件。资源脉冲事件是不同生态域之间能量、营养和生物量运移的一个重要机制。该现象广泛存在于现代生态系统之中,比如昆虫的婚飞行为等,但我们对其在地质历史中的记录所知甚少。

  本次研究揭示了最古老的昆虫资源脉冲效应。水生昆虫在食物网中扮演着重要角色,是水生植物的分解者和消费者,同时又成为鱼类和其他捕食者的食物。当水生昆虫从水中羽化、扩散到陆地并寻找配偶时,它们便成为了陆地食物网的重要组成部分。除了为捕食者提供食物外,突然出现的昆虫集群还可以对湖泊和溪流附近的植物群落产生“增肥效应”,原因在于这些昆虫的集群死亡和分解能够转变成生态系统的肥料。

  这项研究结果表明,侏罗纪蜉蝣短时间之内从水中集群羽化,形成了从水到陆的昆虫脉冲,这可能会导致滨水栖息环境生态系统通量的巨大变化,进而影响基础生态、生物地球化学循环。

  作为水生昆虫的代表,蜉蝣昆虫短时间内集中羽化形成了一次资源脉冲事件,凸显了昆虫在深时陆地生态系统中关键的生态角色,蜉蝣昆虫在从水生生态系统到周围陆地生态系统的营养运输中发挥了重要作用。这种水生—陆生生态系统的联系可能是中生代湖泊生态系统中能量运移的重要特征。因此,“西湾生物群”中蜉蝣集群的发现为研究中生代水—陆生态系统之间的联系(中生代湖泊革命)打开了一个窗口,研究成果也揭示了目前已知的最古老的昆虫资源脉冲效应。

(原载于《科技日报》 2022-06-23 05版)

打印 责任编辑:阎芳

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