二疊紀(jì)末生物大滅絕，昆蟲如何演化？

“全球變暖”與森林過度砍伐導(dǎo)致森林昆蟲多樣性不斷下降，歷史上有沒有發(fā)生過類似的事情?中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科學(xué)家通過建立全球甲蟲化石形態(tài)數(shù)據(jù)庫，并利用多種數(shù)學(xué)模型綜合分析發(fā)現(xiàn)，二疊紀(jì)末生物大滅絕事件明顯影響了甲蟲的早期演化歷程。研究成果發(fā)表于最新一期國際綜合性學(xué)術(shù)期刊《eLife》。

專家表示，目前“全球變暖”與毀林事件導(dǎo)致森林昆蟲多樣性不斷下降，與二疊紀(jì)末期滅絕事件十分相似。該研究或許有助于人類更好地了解未來昆蟲將如何響應(yīng)全球氣候的變化。

二疊紀(jì)末生物大滅絕，昆蟲如何演化知之甚少

地球上第三次生物大滅絕，發(fā)生在距今2.5億年前的二疊紀(jì)末期，史稱二疊紀(jì)生物大滅絕。這是有史以來最大的一次大滅絕事件，地球上大約90%的物種滅絕，其中有70%的陸地脊椎動(dòng)物滅絕。

二疊紀(jì)生物大滅絕事件，導(dǎo)致占領(lǐng)了海洋近3億年的主要生物走向衰敗直至消失，并讓位于新生物種。地球生態(tài)系統(tǒng)也因此獲得了一次完全更新，并為恐龍等爬行類動(dòng)物的進(jìn)化奠定了基礎(chǔ)。

昆蟲作為現(xiàn)今地球上多樣性最高的生物，自石炭紀(jì)開始繁盛，在二疊紀(jì)已成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要角色。二疊紀(jì)末發(fā)生了地質(zhì)歷史上規(guī)模最大的生物滅絕事件，導(dǎo)致了陸地生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。然而，學(xué)界對(duì)這一時(shí)期昆蟲的演化過程爭議頗大，人們關(guān)于昆蟲對(duì)大滅絕的響應(yīng)機(jī)制知之甚少。

歷時(shí)三年，建立全球甲蟲化石形態(tài)數(shù)據(jù)庫

中科院南京古生物所碩士研究生趙顯燁在研究員王博的指導(dǎo)下，與古脊椎動(dòng)物與古人類研究所博士研究生余逸倫，以及俄羅斯、美國的科研人員等合作，依托南京古生物所大數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過三年大量工作，建立了全球甲蟲(昆蟲綱：鞘翅目)化石形態(tài)數(shù)據(jù)庫。

在此基礎(chǔ)上，科研人員利用多種數(shù)學(xué)模型，對(duì)早二疊世至中三疊世甲蟲的分類多樣性、形態(tài)歧異度、系統(tǒng)發(fā)育和生態(tài)習(xí)性等進(jìn)行了綜合分析，重建了甲蟲的早期演化歷史。研究發(fā)現(xiàn)，大滅絕事件特別是去森林化，明顯影響甲蟲的早期演化歷程。

研究表明，在二疊紀(jì)末大滅絕事件后，早三疊世的甲蟲蛀食性干群近乎完全滅絕，多樣性、形態(tài)歧異度皆明顯降低。早三疊世蛀食性甲蟲化石記錄的空白與森林生態(tài)系統(tǒng)的崩潰時(shí)間大致吻合，表明蛀食性甲蟲的滅絕可能源于去森林化作用所造成的棲息環(huán)境的消失。中三疊世甲蟲類群明顯恢復(fù)，新的蛀食性甲蟲類群再次廣泛出現(xiàn)，這與森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間相一致。

“這項(xiàng)研究首次利用形態(tài)歧異度等指標(biāo)，分析昆蟲化石。基于大數(shù)據(jù)及多指標(biāo)、多種模型的聯(lián)合分析有助于更好地闡釋地質(zhì)歷史時(shí)期生物的演化規(guī)律和可能的驅(qū)動(dòng)力。”中科院南京古生物所研究員王博說，研究證明，甲蟲的生態(tài)韌性沒有想象的那么強(qiáng)，它們的早期演化受環(huán)境影響較大。所以，對(duì)于昆蟲這種小型的物種，人類要投入更多精力去保護(hù)。

昆蟲對(duì)森林枯木分解貢獻(xiàn)率達(dá)29%

“雙碳”是當(dāng)下的熱門詞，但很多人可能不知道，現(xiàn)代自然界中，昆蟲在陸地碳循環(huán)中扮演著重要的角色。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)庫，植食性昆蟲通過分解木質(zhì)組織，將光合作用固定的碳以二氧化碳形式返回于大氣。相關(guān)研究表明，現(xiàn)今昆蟲對(duì)森林枯木分解貢獻(xiàn)率平均為29%。甚至在短時(shí)間內(nèi)，植食性甲蟲的爆發(fā)足以讓森林從碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚础?/p>

古生代陸生植物大輻射伴隨著巨量碳儲(chǔ)存和氧氣釋放，這被認(rèn)為是同期大氣氧含量上升的主導(dǎo)因素。在二疊紀(jì)，蛀食性甲蟲成為重要的木材分解者。這些甲蟲通過與微生物的相互作用顯著提高了木材的降解速率。因此，二疊紀(jì)蛀食性甲蟲的輻射可能是二疊紀(jì)大氣氧含量下降的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力。