距今約1.8億年！中國(guó)化石揭示最古老的昆蟲(chóng)“婚飛”行為

1974年，陜西省臨潼區(qū)西楊村的村民在打井時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了陶俑殘片，從此便揭開(kāi)了秦始皇兵馬俑發(fā)掘的序幕……

而2021年4-5月，在廣西壯族自治區(qū)賀州市西灣盆，沙蜉科昆蟲(chóng)化石被中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，而這些化石便是昆蟲(chóng)化石研究領(lǐng)域的“兵馬俑”。

科考隊(duì)沿著陡峭的山坡考察地層

圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

沙蜉科昆蟲(chóng)化石的首次發(fā)現(xiàn)意義重大，不僅揭示了最古老的昆蟲(chóng)婚飛行為，還為我們深入了解中生代湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征和演化歷程，以及水-陸生態(tài)系統(tǒng)間的聯(lián)系提供了重要證據(jù)。

Part.1

蜉蝣生物的“集體婚禮”

沙蜉科昆蟲(chóng)化石發(fā)現(xiàn)于廣西壯族自治區(qū)賀州市西灣盆地下侏羅統(tǒng)石梯組地層，科學(xué)家將其命名為張氏侏羅沙蜉（Jurassephemera zhangi Zhang et al., 2022），目前全球該科的記錄只有4個(gè)種。

張氏侏羅沙蜉集群剛“出土”時(shí)的樣子

圖片來(lái)源：張前旗拍攝

廣西發(fā)現(xiàn)的新屬種與其他3個(gè)種存在一定的區(qū)別，主要體現(xiàn)在新屬種前翅MA脈的分支更靠近基部，并且張氏侏羅沙蜉還具有保存數(shù)量多、蟲(chóng)體完整、前翅清晰等特點(diǎn)。

蜉蝣化石局部放大圖

圖片來(lái)源：中科院南京地質(zhì)古生物研究所

此次發(fā)現(xiàn)的化石保存了沙蜉科這一滅絕類群目前已知最詳盡的形態(tài)分類學(xué)演化信息。

出土的由張氏侏羅沙蜉組成的蜉蝣集群個(gè)體數(shù)量高達(dá)數(shù)百只，并且蜉蝣昆蟲(chóng)化石翅膀保存完整，身體朝向各不相同，屬于昆蟲(chóng)集群婚飛死亡之后的原地埋藏沉積，這一點(diǎn)與“兵馬俑”十分類似，因此說(shuō)它們是昆蟲(chóng)化石研究領(lǐng)域的“兵馬俑”也不為過(guò)。

除了保存完整之外，此次蜉蝣昆蟲(chóng)化石的發(fā)現(xiàn)意義還不止于此，它還向大家展現(xiàn)了一場(chǎng)跨越億萬(wàn)年的集體婚禮。

如果大自然是一臺(tái)相機(jī)，那么蜉蝣昆蟲(chóng)化石便是大自然留給人類的一張“底片”，這張化石“底片”直觀展示了距今約1.8億年前，在我國(guó)南方的一處湖邊昆蟲(chóng)羽化之后集群繁殖的生動(dòng)景象，這種生物學(xué)現(xiàn)象還有一個(gè)詩(shī)意的術(shù)語(yǔ)——“婚飛”。

化石“底片”中的蜉蝣昆蟲(chóng)熙熙攘攘、姿態(tài)各異、首尾相顧，很明顯是在完成生殖繁衍后靜謐死去的壯觀景象，直到1.8億年后的今天才被科學(xué)家重新發(fā)現(xiàn)。

社會(huì)性的昆蟲(chóng)經(jīng)歷婚飛這一過(guò)程才能繁衍后代，進(jìn)而形成新的群體，生生不息，組成絢麗多彩的大自然。

西灣盆地早侏羅世生態(tài)系統(tǒng)復(fù)原圖

圖片來(lái)源：中科院南古所楊定華繪制

婚飛行為其實(shí)在日常生活中也很常見(jiàn)，春夏之際，成群飛蟲(chóng)聚集在一片區(qū)域飛舞，其實(shí)就是“婚飛”。

“婚飛”廣泛存在于現(xiàn)在的陸地生態(tài)系統(tǒng)之中，該現(xiàn)象最早的化石記錄多報(bào)道于白堊紀(jì)化石之中，如熱河生物群。

通過(guò)對(duì)這張“底片”進(jìn)行“沖洗”，科學(xué)家們對(duì)蜉蝣化石的認(rèn)識(shí)越來(lái)越清晰。結(jié)合此次產(chǎn)出的地質(zhì)年代，科學(xué)家表示西灣盆地的蜉蝣集群化石代表的是已知最古老的昆蟲(chóng)婚飛行為。

Part.2

最古老的昆蟲(chóng)資源脈沖現(xiàn)象

西灣盆地的蜉蝣集群化石是已知最古老的昆蟲(chóng)婚飛行為，同時(shí)也是最古老的昆蟲(chóng)資源脈沖現(xiàn)象。

那么什么是昆蟲(chóng)資源脈沖現(xiàn)象呢？

在自然界中，資源波動(dòng)有時(shí)以脈沖形式發(fā)生，呈現(xiàn)出頻率低、強(qiáng)度高和持續(xù)時(shí)間短等特征。而資源脈沖是指短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量可用資源的事件。

資源脈沖事件是不同生態(tài)域之間能量、營(yíng)養(yǎng)和生物量運(yùn)移的一個(gè)重要機(jī)制。該現(xiàn)象雖廣泛存在于現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)之中，但我們對(duì)地球億萬(wàn)年前遠(yuǎn)古時(shí)期的類似記錄所知甚少。

所以，此次西灣盆地的蜉蝣集群化石正好能夠幫助我們了解億萬(wàn)年前的生態(tài)系統(tǒng)。

此次發(fā)現(xiàn)的蜉蝣化石

圖片來(lái)源：中科院南京地質(zhì)古生物研究所

西灣盆地的蜉蝣集群化石揭示的資源脈沖效應(yīng)可以體現(xiàn)在兩方面：作為食物和作為肥料。

首先來(lái)看第一個(gè)方面——作為食物。水生昆蟲(chóng)在食物網(wǎng)中扮演著重要角色，是水生植物的分解者和消費(fèi)者，同時(shí)又成為魚(yú)類和其他捕食者的食物。

巧合的是，蜉蝣昆蟲(chóng)的生活習(xí)性決定了此類蜉蝣昆蟲(chóng)生于水體之內(nèi)、終老水面之上的生命歷程?！氨F(tuán)”的蜉蝣昆蟲(chóng)從水中羽化、擴(kuò)散到陸地并尋找配偶時(shí)，它們便會(huì)成為了陸地食物網(wǎng)的重要組成部分。

這一資源脈沖效應(yīng)在石梯組地層發(fā)現(xiàn)的大量多門(mén)類化石（無(wú)脊椎動(dòng)物、鯊魚(yú)卵鞘以及植物等，這些化石統(tǒng)稱為西灣生物群。）中得到了印證。

除了為生物群中的捕食者提供食物外，突然出現(xiàn)的蜉蝣集群還對(duì)湖泊和溪流附近的植物群落產(chǎn)生“增肥效應(yīng)”，以脈沖的形式對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)一次大量的可用資源，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是這些昆蟲(chóng)集群死亡和分解后能夠轉(zhuǎn)變成生態(tài)系統(tǒng)的肥料。

這一昆蟲(chóng)資源脈沖效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致濱水棲息環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)通量的巨大變化，進(jìn)而影響基礎(chǔ)生態(tài)、生物地球化學(xué)循環(huán)。

西灣生物群中發(fā)現(xiàn)的蜉蝣集群“兵馬俑”代表了已知最古老的昆蟲(chóng)羽化之后形成的昆蟲(chóng)資源脈沖事件，這一昆蟲(chóng)資源脈沖也顯示了中生代湖泊生態(tài)系統(tǒng)中能量運(yùn)移的重要渠道之一是從水生到陸生生態(tài)系統(tǒng)。

一只小小的蜉蝣，朝生暮死，卻通過(guò)自然的力量跨越億萬(wàn)年的時(shí)間來(lái)到大家面前，并用自己的方式告訴我們微小的身軀也能創(chuàng)造出巨大的價(jià)值?？蒲腥藛T在相關(guān)方面的探究是一場(chǎng)穿越時(shí)空的對(duì)話，而最終影響的將是當(dāng)代以及未來(lái)的發(fā)展。

出品：科普中國(guó)

作者：張前旗，王博 （中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

編輯：王婷婷

文章僅代表作者觀點(diǎn)，不代表中國(guó)科普博覽立場(chǎng)

本文首發(fā)于中國(guó)科普博覽（kepubolan)

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