昆虫婚飞行为亿万年如何演化?最新研究揭秘毛翅目“前世今生”

发布时间:2024-07-14 09:41:41 来源: sp20240714

   中新网 北京7月7日电 (记者 孙自法)毛翅目昆虫(俗称石蛾)是蛾蝶类的姐妹群。石蛾具有的婚飞行为是其生存繁衍的重要策略,这一行为在地球上穿越亿万年时空如何演化?新生代之前占据优势的毛翅目为何后来被其姐妹群鳞翅目反超?……

  这些备受古生物界关注的问题,最近被中国学者主导完成的、通过对上百件昆虫聚集行为琥珀标本的深入研究而揭开神秘面纱:早在白垩纪中期,石蛾就已经存在婚飞行为,并且作为毛翅目的祖先特征,婚飞行为在演化过程中也受到同时期新演化出掠食者压力的影响。

白垩纪中期石蛾婚飞行为复原图。左笑然/供图

  揭秘毛翅目“前世今生”的这一重要研究,由首都师范大学、中国科学院动物研究所、河北地质大学、国家自然博物馆和美国堪萨斯大学等机构科研同行合作完成,成果论文近日以《白垩纪中期婚飞石蛾》为题在自然科学综合性学术期刊《国家科学评论》发表。

  论文通讯作者、首都师范大学任东教授介绍说,婚飞(swarm)行为是昆虫活跃聚集在一起的现象,蜉蝣、石蛾、石蝇以及双翅目昆虫具有婚飞的习性。昆虫婚飞时,成群结队的雄性昆虫产生信息素或者声音来吸引远方的雌性,能大大提高昆虫找到配偶交配的几率。

  他指出,很多古老的昆虫类群能够历经亿万年的环境变迁,而繁衍至今,都因为其独特的生存策略,毛翅目也一样,很多毛翅目昆虫都具有婚飞行为。

  本项研究中,论文第一作者、首都师范大学王佳佳博士通过检视上百件昆虫聚集行为的琥珀标本发现,标本中石蛾的口器极其退化、阳茎延长、雌雄交配时雌性腹部明显膨大、雄虫复眼更大的突出、翅形状宽阔、虫体的翅磨损相异、雌雄数量差异较大。随后,研究团队进一步统计和测量了标本的各项形态学参数,依据婚飞的昆虫有典型的性二型现象,通过主成分分析等最终证实,这些白垩纪的石蛾因婚飞聚集在一起。

本次研究的昆虫聚集行为琥珀标本。研究团队/供图

  这些婚飞的石蛾标本共新发现5个灭绝种,包括小石蛾科下的分支琴瑟石蛾、蝶石蛾科下的鹊桥古氏石蛾、七夕古氏石蛾、聚集古氏石蛾和绣球古氏石蛾。任东称,“大自然以它的方式定格下了世间最美的爱情,所以我们给这些新种起了充满爱意的名字”。

  在此基础上,研究团队进一步探寻婚飞行为在毛翅目中的演化历史,他们通过全证据系统发育分析,基于毛翅目16个科75个种(包括现生种及化石种)的数据集构建出毛翅目演化树,对毛翅目各类群婚飞存在与否进行祖先状态分析。结果显示,婚飞行为是毛翅目的共有衍征,在毛翅目刚出现时可能就已具有婚飞行为;在随后的演化历史中,婚飞行为仅在环须亚目蝶石蛾科和多距石蛾的少数物种中丧失,而在完须亚目中,婚飞行为则在多个支系中缺失,包括小石蛾科、原石蛾科、舌石蛾科、鳞石蛾科、沼石蛾科和齿角石蛾科等。

  论文作者、首都师范大学客座教授史宗冈认为,婚飞行为虽然能够大大增加繁殖的效率,但是同时也增加了被捕食的几率,因为大量昆虫个体聚集在一起,对于捕食昆虫的掠食者来说是天然的“盛宴”。

  论文作者、河北地质大学张维婷副研究员说,中生代以来,飞行昆虫面临的主要威胁是越来越多的飞行捕食者。古生代时主要的飞行掠食者仅有蜻蜓,三叠纪时期最早的翼龙出现了。

  论文作者、国家自然博物馆裘锐博士表示,根据牙齿和头骨结构,三叠纪到中侏罗世的很多基干翼龙类主要以昆虫为食,从晚侏罗世开始,新生鸟类成为昆虫的主要飞行捕食者。在新生代早期,蝙蝠出现并很快辐射全球,头骨化石显示基干的蝙蝠伊神蝠已具备回声定位的能力,说明它们主要在夜间活动,而牙齿化石显示其主要以昆虫为食。

  论文作者、美国堪萨斯大学的迈克尔·恩格尔教授(Michael Engel)认为,为了避免被蝙蝠的回声定位监测到,在始新世之后很多昆虫类群演化出能够检测超声的特征,如夜蛾总科、螽斯科和蟋蟀科的鼓膜听器等,但现生及化石中的毛翅目都缺乏这一特征,也就意味着毛翅目昆虫不具备侦测蝙蝠超声波的能力。研究显示,婚飞的石蛾是蝙蝠最喜爱的食物之一,因为大量昆虫聚集时产生的信号比单个的昆虫更容易被超声波侦测到。

本次研究的毛翅目婚飞行为的宏观演化。研究团队/供图

  任东指出,虽然中生代时鸟类、翼龙和蜻蜓对飞行昆虫造成很大的被捕食压力,但祖先状态分析结果显示,中生代仅有极个别毛翅目的演化支系出现了婚飞行为的消失,这是因为绝大多数翼龙、鸟类和蜻蜓是昼行性动物,石蛾的婚飞主要发生在黄昏和夜晚。不过,到了新生代,情况变得严峻,因为出现夜间的飞行掠食者蝙蝠。

  研究团队总结认为,很可能因为蝙蝠的存在,对毛翅目的婚飞行为产生了强大的捕食压力,很多毛翅目的支系因此在始新世早期失去了婚飞行为,这很可能是对蝙蝠捕食的一种响应。作为毛翅目的姐妹群,得益于被子植物的出现,鳞翅目实现与花的完美邂逅,在新生代发生大规模辐射,迅速超越毛翅目成为昆虫纲第二大目。(完)

【编辑:付子豪】