二疊紀末生物大滅絕，昆蟲如何演化？

“全球變暖”與森林過度砍伐導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?中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所科學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)學模型綜合分析發(fā)現(xiàn)，二疊紀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術期刊《eLife》。

專家表示，目前“全球變暖”與毀林事件導致森林昆蟲多樣性不斷下降，與二疊紀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全球氣候的變化。

二疊紀末生物大滅絕，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末期，史稱二疊紀生物大滅絕。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%的陸地脊椎動物滅絕。

二疊紀生物大滅絕事件，導致占領了海洋近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物的進化奠定了基礎。

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

歷時三年，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下，與古脊椎動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。

在此基礎上，科研人員利用多種數(shù)學模型，對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)習性等進行了綜合分析，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，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)的恢復時間相一致。

“這項研究首次利用形態(tài)歧異度等指標，分析昆蟲化石。基于大數(shù)據(jù)及多指標、多種模型的聯(lián)合分析有助于更好地闡釋地質(zhì)歷史時期生物的演化規(guī)律和可能的驅(qū)動力。”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，它們的早期演化受環(huán)境影響較大。所以，對于昆蟲這種小型的物種，人類要投入更多精力去保護。

昆蟲對森林枯木分解貢獻率達29%

“雙碳”是當下的熱門詞，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。相關研究表明，現(xiàn)今昆蟲對森林枯木分解貢獻率平均為29%。甚至在短時間內(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存和氧氣釋放，這被認為是同期大氣氧含量上升的主導因素。在二疊紀，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，二疊紀蛀食性甲蟲的輻射可能是二疊紀大氣氧含量下降的一個主要驅(qū)動力。