昆虫化石与“湖泊生态革命” _昆虫

昆虫化石与“湖泊生态革命”
（）据中国科学报（采访人员沈春蕾通讯员陈孝政盛捷）：在距今约2.5亿年前的二叠纪末，地球曾经出现过一次生物灭绝事件，90%的物种灭绝。进入三叠纪，在陆地生态系统中，脊椎动物类群异常繁盛，植物和昆虫同样经历了重要的发展。“由于早、中三叠世昆虫化石极度稀缺，我们对于三叠纪昆虫复苏这一重要事件的认识严重不足。”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）研究员王博告诉《中国科学报》采访人员。
近日，南京古生物所的科研团队对位于陕西和新疆的两个三叠纪昆虫化石群开展了深入研究，发现国外学者提出的“中生代湖泊革命”应提前至少5000年；证实全变态昆虫大辐射出现于中三叠世，比之前的推算时间提前了2000万年；还确定了精确陆相地层年龄，为生物群演化提供了标尺。相关研究成果于9月5日在线发表于美国《科学》杂志子刊《科学进展》。
全变态昆虫何时出现
昆虫经过受精卵、幼虫、蛹、成虫四个形态完全不同的发育阶段的生活史，叫作全变态，比如蚊子、苍蝇、蝴蝶、蜜蜂、甲虫等。王博告诉采访人员：“现生全变态昆虫在昆虫中占据最大比例和多样性，所以全变态昆虫什么时候繁盛也暗示了现代生态系统的诞生。”那么这些全变态昆虫是从何时开始出现在地球上的呢？
大约4亿年前，地球上出现了第一只昆虫；大约3亿年前，地球上开始出现全变态昆虫，但种类很少。进入三叠纪，海洋和陆地生态系统迅速发展，是现代生态系统起源的第一步，因而被称作“现代生态系统的黎明” 。“此时期，在陆地生态系统中，脊椎动物类群异常繁盛，而植物和昆虫同样经历了重要的发展。”王博说。
南京古生物所科研团队通过研究陕西和新疆的两个三叠纪昆虫化石群后，不仅发现了一些现生昆虫的最早化石记录，也为同时期昆虫群对比提供了时代参考。
其中，科研团队发现陕西铜川和新疆克拉玛依昆虫群中全变态昆虫的数量众多、种类丰富。团队用近十年的时间，采集了大量的昆虫化石标本，找到了距今约2.37亿年的昆虫化石，并证实了全变态昆虫和水生昆虫在约2.37亿年前的三叠纪中、晚期经历了快速辐射和多样化。这里的快速辐射是指多种类生物在短时间内出现并急速增加。
王博告诉《中国科学报》采访人员：“我们通过对昆虫化石层的放射性同位素年代学和生物地层学年代限定，以及昆虫群面貌研究，提出了三叠纪中、晚期昆虫大辐射这一演化事件。这比之前科学家们推算的时间往前推了2000万年。”
十年科考路
十年来，南京古生物所研究员张海春带领“现代陆地生态系统起源与早期演化”团队，对西北地区三叠系地层开展了详细的考察工作。在陕西和新疆两个化石产地，迄今团队已采集了近千枚昆虫化石。
近期，该团队成员郑大燃、王博等与香港大学、长庆油田等科研人员合作，对陕西中三叠世晚期铜川昆虫群和新疆晚三叠世早期克拉玛依昆虫群进行了研究。
“我上周日刚从新疆回来。”王博告诉采访人员，“我们的采集点距离克拉玛依20多公里，需要穿过戈壁滩，沿途几乎荒无人烟，还没有手机信号，科考途中偶尔会发生‘丢人’事件。”王博自己就曾经在穿越山沟的时候，因为临时要回车上取补给，结果发现车不在了，原来司机已经开去终点等待，幸亏同行人员担心他走丢而选择在原地等待。
虽然采集的过程比较艰苦，但看着满满的化石还是颇有收获。王博说：“分析采集到的化石，我们发现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% 。
科研团队还发现，三叠纪的鞘翅目化石大多仅保存了鞘翅，而铜川昆虫群中保存了大量身体完好的甲虫。另外，在两个昆虫群中都发现了毛翅目幼虫构筑的巢穴——石蚕巢。团队采集的克拉玛依昆虫群包含6目10科，其中以石蚕巢和划蝽为代表。王博向采访人员展示了石蚕巢化石：“石蚕巢”大小只有几毫米，需要用放大镜才能观察清楚。
毛翅目是鳞翅目的姊妹类群，鳞翅目最早记录是来自三叠纪—侏罗纪界线地层，而毛翅目最早记录来自西伯利亚早侏罗世的石蚕巢化石。铜川和克拉玛依昆虫群中发现的石蚕巢化石则将毛翅目的起源和筑巢行为追溯到了三叠纪拉丁期。
此外，两个昆虫群都拥有多样性最高的全变态昆虫，以长翅目和鞘翅目为代表。前人的研究显示，全变态昆虫在石炭纪早期已经出现，并在早、中三叠世多样化，但它们直到中生代中期才在全球占据主导地位。
王博还告诉采访人员，含化石层位也是长庆油田和克拉玛依油田的重要产油层，团队采用的同位素年代学和生物地层学的研究结果，也为油气资源勘探提供了新的定年和化石证据。
现代湖泊如何起源
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，在3亿多年前的湖泊中，这样生机勃勃的场景却并不存在。尤其是在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。由于气候干旱，当时的湖泊更是稀少，仅有的湖泊中，也只有少数几种生物生存。
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” 。2003年，亚利桑那大学教授Andrew Cohen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”，从而形成了现代湖泊生态系统的雏形。
王博指出，学界一直存在这样的疑问，如何考证湖泊生态革命真的是从侏罗纪才开始的？南京古生物所科研团队通过采集研究两个三叠纪地层中的昆虫化石群，发现一些重要的水生全变态昆虫可以追溯到中三叠世。
比如，克拉玛依昆虫群中发现的大量划蝽也是最早的水生蝽类。这些多样的水生昆虫属于“中生代湖泊革命”的一部分，南京古生物所团队的研究表明水生昆虫的多样化在中三叠世晚期已经出现，为淡水生态系统的早期演化提供了新的视角：“中生代湖泊革命”在三叠纪就已经开始。