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距今约1.8亿年!中国化石揭示最古老的昆虫“婚飞”行为文章来源:科普中国 发布时间:2022-06-24

1974年,陕西省临潼区西杨村的村民在打井时偶然发现了陶俑残片,从此便揭开了秦始皇兵马俑发掘的序幕……

而2021年4-5月,在广西壮族自治区贺州市西湾盆,沙蜉科昆虫化石被中国科学院南京地质古生物研究所的科学家首次发现,而这些化石便是昆虫化石研究领域的“兵马俑”。

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科考队沿着陡峭的山坡考察地层

图片来源:中国科学院南京地质古生物研究所

沙蜉科昆虫化石的首次发现意义重大,不仅揭示了最古老的昆虫婚飞行为,还为我们深入了解中生代湖泊生态系统特征和演化历程,以及水-陆生态系统间的联系提供了重要证据。

Part.1

蜉蝣生物的“集体婚礼”

沙蜉科昆虫化石发现于广西壮族自治区贺州市西湾盆地下侏罗统石梯组地层,科学家将其命名为张氏侏罗沙蜉(Jurassephemera zhangi Zhang et al., 2022),目前全球该科的记录只有4个种。

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张氏侏罗沙蜉集群刚“出土”时的样子

图片来源:张前旗拍摄

广西发现的新属种与其他3个种存在一定的区别,主要体现在新属种前翅MA脉的分支更靠近基部,并且张氏侏罗沙蜉还具有保存数量多、虫体完整、前翅清晰等特点。

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蜉蝣化石局部放大图

图片来源:中科院南京地质古生物研究所

此次发现的化石保存了沙蜉科这一灭绝类群目前已知最详尽的形态分类学演化信息。

出土的由张氏侏罗沙蜉组成的蜉蝣集群个体数量高达数百只,并且蜉蝣昆虫化石翅膀保存完整,身体朝向各不相同,属于昆虫集群婚飞死亡之后的原地埋藏沉积,这一点与“兵马俑”十分类似,因此说它们是昆虫化石研究领域的“兵马俑”也不为过。

除了保存完整之外,此次蜉蝣昆虫化石的发现意义还不止于此,它还向大家展现了一场跨越亿万年的集体婚礼。

如果大自然是一台相机,那么蜉蝣昆虫化石便是大自然留给人类的一张“底片”,这张化石“底片”直观展示了距今约1.8亿年前,在我国南方的一处湖边昆虫羽化之后集群繁殖的生动景象,这种生物学现象还有一个诗意的术语——“婚飞”。

化石“底片”中的蜉蝣昆虫熙熙攘攘、姿态各异、首尾相顾,很明显是在完成生殖繁衍后静谧死去的壮观景象,直到1.8亿年后的今天才被科学家重新发现。

社会性的昆虫经历婚飞这一过程才能繁衍后代,进而形成新的群体,生生不息,组成绚丽多彩的大自然。

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西湾盆地早侏罗世生态系统复原图

图片来源:中科院南古所杨定华绘制

婚飞行为其实在日常生活中也很常见,春夏之际,成群飞虫聚集在一片区域飞舞,其实就是“婚飞”。

“婚飞”广泛存在于现在的陆地生态系统之中,该现象最早的化石记录多报道于白垩纪化石之中,如热河生物群。

通过对这张“底片”进行“冲洗”,科学家们对蜉蝣化石的认识越来越清晰。结合此次产出的地质年代,科学家表示西湾盆地的蜉蝣集群化石代表的是已知最古老的昆虫婚飞行为。

Part.2

最古老的昆虫资源脉冲现象

西湾盆地的蜉蝣集群化石是已知最古老的昆虫婚飞行为,同时也是最古老的昆虫资源脉冲现象。

那么什么是昆虫资源脉冲现象呢?

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。而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。该现象虽广泛存在于现代生态系统之中,但我们对地球亿万年前远古时期的类似记录所知甚少。

所以,此次西湾盆地的蜉蝣集群化石正好能够帮助我们了解亿万年前的生态系统。

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此次发现的蜉蝣化石

图片来源:中科院南京地质古生物研究所

西湾盆地的蜉蝣集群化石揭示的资源脉冲效应可以体现在两方面:作为食物和作为肥料。

首先来看第一个方面——作为食物。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。

巧合的是,蜉蝣昆虫的生活习性决定了此类蜉蝣昆虫生于水体之内、终老水面之上的生命历程。“抱团”的蜉蝣昆虫从水中羽化、扩散到陆地并寻找配偶时,它们便会成为了陆地食物网的重要组成部分。

这一资源脉冲效应在石梯组地层发现的大量多门类化石(无脊椎动物、鲨鱼卵鞘以及植物等,这些化石统称为西湾生物群。)中得到了印证。

除了为生物群中的捕食者提供食物外,突然出现的蜉蝣集群还对湖泊和溪流附近的植物群落产生“增肥效应”,以脉冲的形式对陆地生态系统带来一次大量的可用资源,简单来说就是这些昆虫集群死亡和分解后能够转变成生态系统的肥料。

这一昆虫资源脉冲效应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。

西湾生物群中发现的蜉蝣集群“兵马俑”代表了已知最古老的昆虫羽化之后形成的昆虫资源脉冲事件,这一昆虫资源脉冲也显示了中生代湖泊生态系统中能量运移的重要渠道之一是从水生到陆生生态系统。

一只小小的蜉蝣,朝生暮死,却通过自然的力量跨越亿万年的时间来到大家面前,并用自己的方式告诉我们微小的身躯也能创造出巨大的价值。科研人员在相关方面的探究是一场穿越时空的对话,而最终影响的将是当代以及未来的发展。