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昆蟲是最早掌握飛行能力的動物，它們是如何演化出飛行功能的？由于重建滅絕昆蟲的飛行能力非常困難，學(xué)界對昆蟲能力的演化歷史了解有限。近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士許春鵬、研究員王博和研究員張海春，與臨沂大學(xué)地質(zhì)與古生物研究所教授陳軍、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所博士余逸倫等合作，以古蟬為研究對象開展綜合研究工作，相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》。

古蟬總科（半翅目）是中生代的代表性樹棲昆蟲，翅展最長可達15厘米，生存時限從二疊紀(jì)晚期到白堊紀(jì)晚期（距今約2.6億年至1億年）。古蟬在中生代非常繁盛，保存了大量的化石記錄，是探究昆蟲飛行能力演化的理想類群。

何為“飛行競賽”？2010年，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研團隊發(fā)現(xiàn)，在侏羅紀(jì)最晚期，古蟬類群存在一個明顯的演替事件。“以古蟬為代表的昆蟲很可能受到新興空中捕食者的影響，拼命將自己裝備起來，演化出了更強的飛行能力?！蓖醪┙忉?，這便是“飛行競賽”假說。該假說雖被廣泛引用，但一直缺少嚴(yán)格的定量驗證。

通過對全球范圍內(nèi)所有代表性的古蟬化石進行檢視，研究團隊重建了古蟬總科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，識別出了并系的早期古蟬和單系的晚期古蟬兩個類群。研究進一步揭示侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)之交的古蟬類群演替事件：原本占據(jù)主導(dǎo)地位的早期古蟬開始衰落，晚期古蟬開始崛起。綜合各類形態(tài)空間分析結(jié)果表明，古蟬在這次類群演替事件中發(fā)生了明顯的表型演化。

該研究構(gòu)建了古蟬的空氣動力學(xué)模型，據(jù)此定量評估其飛行性能，闡明了該昆蟲類群的飛行能力演化史。研究發(fā)現(xiàn)，相比早期古蟬，晚期古蟬的翅載荷、飛行肌肉、前翅展弦均有提升，古蟬發(fā)生了顯著的形態(tài)學(xué)演化，飛行速度、飛行靈活度、飛行效率顯著提升。該成果為定量計算滅絕昆蟲的飛行能力提供了新思路和新方法。

該研究發(fā)現(xiàn)的侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)之交的古蟬類群演替事件，在時間上與早期鳥類的大輻射相吻合。因此，早期鳥類的繁盛很可能對古蟬的演化產(chǎn)生了定向選擇壓力，促進了古蟬的類群演替，導(dǎo)致了早期古蟬的衰落以及飛行能力更強的晚期古蟬的崛起，鳥類可能是引起中生代“飛行競賽”的“始作俑者”。

研究認為，鳥類這一新興飛行動物的起源和輻射，很可能對已有的飛行生物（昆蟲和翼龍）產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。在早期鳥類的輻射過程中，翼龍也發(fā)生了明顯的演化事件：由體形較小、食蟲為主的基干類群，逐漸演替為體形較大、食性多樣化的翼手龍類。作為潛在的競爭者，鳥類的繁盛可能促進了翼龍的類群演替?？傊?，中生代的“飛行競賽”極大影響了翼龍和昆蟲的演化，從而重塑了中生代晚期的空中生態(tài)系統(tǒng)。

（原載于《光明日報》 2024-10-28?08版）