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1亿年前蛉类幼虫就学会了伪装术,1亿年前琥珀的

2019-07-10 16:52

南京古生物所副研究员王博与上海夏方远先生等合作对国内外馆藏的超过30万件白垩纪缅甸、法国和黎巴嫩虫珀标本进行了系统调查,先后发现了39枚伪装昆虫。这些昆虫分别是已知最古老的草蛉幼虫、蚁蛉总科幼虫(包括细蛉幼虫、蝶角蛉幼虫)和猎蝽。尽管这三大类昆虫都具有相似的伪装行为,但它们采取了不同的演化路线,各自独立演化出一套特化的采集行为和形态结构,代表了一个典型的行为趋同演化的范例,也表明该伪装行为具有高度的演化可塑性。研究结果为脉翅目和半翅目昆虫的早期生态演化提供了新见解,也为重建白垩纪古环境以及昆虫-植物之间生态关系提供了新线索。

(原载于《科技日报》 2018-08-23 01版)

研究结果显示,关键的行为学特征和蛉类幼虫的形态学特征密切相关,即关键形态可以反映相应的行为。结果进一步表明蛉类幼虫的伪装行为、掘穴行为等很早就在干系类群中出现了,特别是伪装行为可能独立演化至少3次,分别出现于蚁蛉亚目基类群、细蛉亚科和蚁蛉总科。

在其他20个琥珀色肿块中,研究人员发现了原始蚂蚁狮子,即食蚁兽美人鱼的幼虫。今天,这些幼虫中的许多以挖掘漏斗进入沙质土壤和潜伏猎物而闻名。但是在白垩纪,显然许多蚂蚁也使用了伪装的伪装策略。研究人员说:“这些幼虫表明这种行为在蚂蚁处女中已经进化了很久,而且已经在白垩纪中期建立了。”幼虫的背上戴着一层浓密的鬃毛,背上有沙粒,树皮和树叶。科学家解释说:“可能是幼虫单独收集每一块,然后将它们放在背后的自由点上。”“他们从臀部转动180度以上的能力中获益。”

蜘蛛正在捕食蝶角蛉幼虫

南京古生物所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”王博研究员等在先前研究的基础上,结合美国自然历史博物馆新收集的琥珀化石,对缅甸琥珀中蛉类幼虫进行了系统发育学和形态学分析。研究团队共描述了缅甸琥珀中蛉类幼虫11新属11新种,这些新类群都属于脉翅目蚁蛉亚目。该研究基于现生蛉类幼虫和相关化石数据,重建了蚁蛉总科的系统发育关系。在此基础上,对关键的行为学特征和形态学特征的相关性进行了深入分析。

(原载于《中国科学报》 2018-08-30 第4版 综合)

但是今天这种行为在昆虫幼虫中普遍存在,到目前为止还不清楚这种策略在这组动物中已经存在了多长时间。“到目前为止,只有一个中生代的例子,由一块西班牙琥珀制成,”研究人员报告说。它是2012年发现的1.1亿年生的Lacewing幼虫。“因此,人们知之甚少的这种复杂的行为和他的解剖学早期演化。”为了改变这一点,王和他的同事们分析了他们的研究系统地超过30万个昆虫琥珀中保存再次。他们在法国,缅甸和黎巴嫩的39个琥珀碎片中找到了他们正在寻找的东西。它们含有肮脏的草蛉幼虫,蚂蚁飞蛾和虫子,它们已经有大约1亿年的历史,因此来自中白垩世。“这使得它们成为化石历史上这种伪装行为的最早直接证据之一,”研究人员说。

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在漫长的地质历史中,昆虫演化出不同的伪装术。近日,中、意、美三国科研人员对缅甸琥珀中的蛉类幼虫进行了合作研究,揭示了蛉类幼虫的伪装、掘穴行为以及相关捕食行为的演化历史。研究成果于8月22日在线发表于《自然·通讯》上。

研究团队共描述了缅甸琥珀中蛉类幼虫11新属11新种,这些新类群都属于脉翅目蚁蛉亚目。“我们的研究基于现生蛉类幼虫和相关化石数据,重建了蚁蛉总科的系统发育关系。”王博说,在此基础上,他们对关键的行为学特征和形态学特征的相关性进行了深入分析。

来自白垩纪的39“污垢载体”

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研究结果显示,蛉类幼虫的伪装行为、掘穴行为等很早就在干系类群中出现了。特别是伪装行为可能独立演化至少3次,分别出现于蚁蛉亚目基类群、细蛉亚科和蚁蛉总科。研究结果揭示了蛉类幼虫的伪装、掘穴行为以及相关捕食行为的演化历史,相关分析方法也为下一步其它昆虫行为演化提供了参考。

“然而,这些昆虫具体的形态演化历史和行为演化历史仍旧模糊不清。”论文第一作者、南京古生物所研究员王博告诉《中国科学报》记者。为此,王博等在先前研究的基础上,结合美国自然历史博物馆新收集的琥珀化石,对缅甸琥珀中蛉类幼虫进行了系统发育学和形态学分析。

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覆物行为(主动利用环境中的各种材料遮盖躯体)是昆虫伪装术中最奇特、最复杂的一类。该行为的化石证据极其稀少,因此我们对该行为的早期演化了解甚少。2016年,以中科院南京古生物所科学家领衔的国际研究团队曾揭示,1亿年前的缅甸、法国和黎巴嫩琥珀中蛉类幼虫就有覆物行为,但这些昆虫具体的形态演化历史和行为演化历史仍旧模糊不清。

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有些螃蟹会做它们,蜘蛛,蜗牛甚至是昆虫:它们在泥土的帮助下伪装自己,并且巧妙地将它们放在背上。研究人员现在从琥珀的发现中发现了这种复杂的失去光泽的策略在多大程度上已经回归昆虫。在他们的系统搜索中,他们发现了39种不同昆虫群体的幼虫和幼体,它们在1亿年前使用植物遗骸,沙子甚至其他昆虫的皮肤进行伪装。

论文相关信息:Wang Bo*, Xia Fangyuan, Engel M.S., Perrichot V., Shi Gongle, Zhang Haichun, Chen Jun, Jarzembowski E.A., Wappler T., Rust J. Trash-carrying camouflage among diverse lineages of Cretaceous insects. Science Advances, 2: e1501918.

蛉类幼虫复原图 杨定华绘

在新发现的“废携带者”十二个不同的草蛉幼虫一些独特的,在今天的昆虫调整为Paläobiologen报告未知。因此,一些严重扁平的幼虫在背上携带极长的侧刷毛,类似于早先在西班牙发现的那种,它像一个非常高的篮子一样围绕着累积的污垢。其中一只化石幼虫在其一生中背上了几个废弃的其他昆虫坦克,包括一片叶蚤和一只树皮虱子。“这种幼虫很可能与今天的一些代表相似,他们背上的猎物残留在他们背后,”王和他的同事解释道。

该研究还分析了各种伪装材料。其中一只草蛉幼虫背负有两个小型昆虫躯体,可能是其取食后遗留的猎物,此种行为和几类现生草蛉幼虫类似,表明“披着羊皮的狼”的伪装术在距今1亿年前就已经出现了。其它草蛉幼虫主要利用木质纤维和蕨类植物里白科的毛状体,其中两只幼虫只背负了里白科的毛状体。另外,该毛状体也在缅甸蛉类幼虫琥珀中作为伴生化石大量出现。白垩纪的里白科往往是野火事件后的先驱分子,表明当时缅甸古森林很可能存在广泛的野火事件。缅甸当时较高的年均温也是野火高频率发生的促进因素。而伴随缅甸琥珀的往往有大量火山灰沉积,表明部分野火事件可能是由火山活动所导致的。

覆物行为(主动利用环境中的各种材料遮盖躯体)是昆虫伪装术中最奇特、最复杂的一类。该行为的化石证据极其稀少,因此学术界对该行为的早期演化了解甚少。中科院南京地质古生物研究所科学家领衔的国际团队2016年曾在《科学进展》发文,揭示了1亿年前的缅甸、法国和黎巴嫩琥珀中蛉类幼虫的覆物行为。

在今天的昆虫中,草蛉幼虫和捕食性昆虫的幼年阶段以其“污垢”伪装而闻名。“废物承载是最有趣和最复杂的行为之一,”南京中科院的Bo Wang及其同事说。“因为它需要能够识别,收集和携带合适的材料,另一方面,外部的进化适应是必要的。”这些昆虫经常有一个特别平坦的背部,长刷毛可以容纳那里的废物。有时这些背部刷毛甚至形成一种篮子。这种伪装的目的很明显:昆虫幼虫适应地面,对捕食者不可见。与此同时,携带的污垢看起来像一个保护罐。然而,特别是对于草蛉和捕食性的虫子,隐形策略还有另一个微妙的原因:“这种适应作为'狼入睡'的策略,”王和他的同事解释说。这些捕食性昆虫利用其猎物的残骸和皮肤残留物来掩饰自己的外观和气味,这是未被认识到的。

缅甸琥珀中蚁蛉总科幼虫利用砂粒、土壤尘粒、各类植物碎屑、碳化的植物茎秆碎片;猎蝽幼虫利用土壤尘粒、各类植物碎屑。伪装物分析结果表明这些昆虫主要栖息于地面表层,这些伪装物不仅减弱了虫体与背景差异,可能也掩盖了虫体的气味,提供了化学伪装。该研究也首次发现蜘蛛捕食蝶角蛉幼虫的化石,提供了已知最古老的蜘蛛捕食的直接证据。

相关论文信息:DOI: 10.1038/s41467-018-05484-y

在漫长的地质历史中,昆虫演化出不同的伪装术,例如拟态、保护色。其中,极少数昆虫可以主动利用环境中的各种材料遮盖体躯,达到伪装效果。覆物行为是昆虫伪装术中最奇特、最复杂的一类,需要昆虫同时具有辨别、采集、携带材料的能力以及相关的形态学适应。该行为的化石证据极其稀少,因此对该行为的早期演化了解甚少。近期,中国科学院南京地质古生物研究所中生代研究团队在1亿年前的缅甸、法国和黎巴嫩琥珀中发现了大量证据,表明在有花植物大辐射之前已有至少3大类昆虫独立演化出覆物行为。研究成果近期在线发表于美国《科学》杂志的子刊《科学进展》(Science Advances)。

在漫长的地质历史中,昆虫演化出不同的伪装术。近日,中、意、美三国科研人员对缅甸琥珀中的蛉类幼虫进行了合作研究,揭示了蛉类幼虫的伪装、掘穴行为以及相关捕食行为的演化历史。论文近日在线发表于《自然—通讯》。

该研究涉及的草蛉幼虫包括来自缅甸和黎巴嫩琥珀的4个形态种类,它们都具有一些现今未知的形态特化:其身上具有许多特化的长刺,每根长刺上又排列一些小刺,用于盛装伪装物;与现生类群类似,它们可用大鄂铲取伪装材料,然后向后扬在背上。缅甸和法国琥珀中带伪装的蚁蛉总科幼虫包括6个形态种类,分别隶属于两个科。它们头部和背部具有一层软毛,适合粘附伪装物;它们利用前足附节粘附伪装材料,扬在头部和背上。缅甸琥珀中带伪装的猎蝽幼虫包括3个形态种类,它们身上具备大量带钩硬毛,可以钩住伪装物;它们利用后足粘附伪装材料,扬在头部、背以及腿上。其中一枚具伪装的猎蝽明显属于猎蝽科较进步的类群,证明猎蝽的早期分化时间比先前分子系统学的结果要早得多。

蝶角蛉幼虫

论文链接

草蛉幼虫

该项研究得到中科院、国家自然科学基金委、科技部和德国洪堡基金会的资助。

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