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星言星语与星月(213):蜉蝣的化石记忆

已有 2334 次阅读 2022-10-17 20:11 |个人分类:谈情说爱|系统分类:科普集锦

你知道蜉蝣吗?知道它们1.8亿年前的一场壮大的婚礼吗?告诉我们这个故事的是中国科学院南京地质古生物研究所的张前旗博士,他通过亿年化石揭示了这一神秘而有趣的生物学现象。

2022年6月2日,国际著名的《地质学》和《历史生物学》报道了一个有趣的发现——1.8亿年前的蜉蝣“婚飞”现象。这个发现,来自于广西贺州的西湾盆地。

原来,南京地质古生物研究所的老院士们曾研究过产自西湾的植物化石,其古昆虫学家也在此研究过昆虫化石。但是,自1986年后就再也没有人到那里进一步研究,作为博士生的张前旗等决心再去看看。于是,就有了他们于2021年4月和5月的两次踏勘。

当课题组第一次到达西湾盆地时,惊讶地发现要寻找的那座山已经被推平,改造成了一座文化广场。可是,千里迢迢而来,他们不愿轻易放弃,就沿着贺江南岸寻找,没想到在一条公路的坡边上,找到了一个新的化石层剖面点。

山体上的这个剖面自下而上分为石炭系(约处于地质年代3.6亿年-2.86亿年)、三叠系(2.5亿年-2.03亿年,)和侏罗系(1.996亿年-1.455亿年),就像高层住宅的第一层、第二层和第三层,剖面颜色不一,区别明显。他们在侏罗系地层大约1米厚的地方发现了各类动、植物化石,后来将其命名为“西湾生物群”(图1-2)。

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图1  西湾盆地勘探现场

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图2  张前旗与课题组成员在找化石(图片来源:中国科学院南京地质古生物研究所)

尤其令人兴奋的是蜉蝣成虫集群化石,数百只蜉蝣附着在化石表面一层,让人又惊又喜(图3-4)。张前旗博士解释说,此前被古生物学家们发现的蜉蝣化石要么只有翅膀,要么虽然有身体,但是不够完整。而他们此次采集到的蜉蝣成虫集群化石,既有身体又有翅膀,而且数量特别多,保存了完整的生物信息。

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图3  张氏侏罗沙蜉集群刚“出土”时的样子(张前旗拍摄)

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蜉蝣化石局部放大图(图片来源:中科院南京地质古生物研究所)

更值得一提的是,这块化石上的全是成虫。蜉蝣成虫的生存时间非常短,它们还恰巧集中保存在一起,非常难得。这些蜉蝣被科研人员归入沙蜉科,是沙蜉科在中国首次被发现,并且是该科已知保存最完整的化石。因此,科学家根据发现者张前旗博士,将其命名为“张氏侏罗沙蜉”(Jurassephemera zhangi Zhang et al.,2022)。

目前全球该科的记录只有4个种。广西发现的新属种与其他3个种存在一定的区别,主要体现在新属种前翅MA脉的分支更靠近基部,并且张氏侏罗沙蜉还具有保存数量多、虫体完整、前翅清晰等特点,保存了沙蜉科这一灭绝类群目前已知最详尽的形态分类学演化信息。

化石层中381只成虫方向的统计数据图显示,这些蜉蝣化石无明显的定向性(图5)。上述证据表明,该蜉蝣集群化石保存于低能的沉积环境中,属于原地埋藏。张前旗指出:“大量同种蜉蝣成虫集中保存在同一层面上,同时又缺少其他生物类群,反映了它们当时的集群生活习性。”这一点与“兵马俑”十分类似,因此说它们是昆虫化石研究领域的“兵马俑”也不为过。

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此次发现的蜉蝣化石(图片来源:中科院南京地质古生物研究所)

除了保存完整之外,此次蜉蝣昆虫化石的发现意义还不止于此,它还向大家展现了一场跨越亿万年的集体婚礼(图6)。如果大自然是一台相机,那么蜉蝣昆虫化石便是大自然留给人类的一张“底片”,这张化石“底片”直观展示了距今约1.8亿年前,在我国南方的一处湖边昆虫羽化之后集群繁殖的生动景象,这种生物学现象还有一个诗意的术语——“婚飞”。

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6  西湾盆地早侏罗世生态系统复原图(杨定华绘制)

化石“底片”中的蜉蝣昆虫熙熙攘攘、姿态各异、首尾相顾,很明显是在完成生殖繁衍后静谧死去的壮观景象,直到1.8亿年后的今天才被科学家重新发现。其生也荣,其死也乐。这悄无声息的壮观一幕,似乎也让我们对生命有了新的理解:当生命炽热的燃烧到最高点,逝去便无所牵挂!

此外,蜉蝣的“婚飞”除了为捕食者提供食物外,突然出现的昆虫集群还可以对湖泊和溪流附近的植物群落产生“增肥效应”,原因在于这些昆虫的集群死亡和分解能转变成生态系统的肥料。昔日沧海,今日桑田。“西湾生物群”中蜉蝣集群的发现为研究中生代水—陆生态系统之间的联系打开了一个窗口,以进一步深入了解中生代湖泊生态系统的特征和演化历程。

其实,在中国古代的文人墨客的文字中,存在大量关于蜉蝣的记载,最著名的是苏轼《前赤壁赋》:“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟。”他用来比喻生命的短暂,个体的渺小。《淮南子》有云:“蜉蝣朝生暮死,而尽其乐。”说明蜉蝣虽然渺小,生命虽然短暂,仍然需要“尽得其乐”。确实如此,蜉蝣的生命非常短暂(亚成虫和成虫期),甚至仅有几小时。然而在这几小时内,要经过两次蜕壳,练习飞行,恋爱,交尾,产卵,非常忙碌。生命过程虽短,却过得十分充实。

蜉蝣是一类原始而美丽的昆虫,起源于石炭纪,距今至少已有2亿年的历史,是最原始的有翅昆虫。它们主要分布在热带至温带,全世界已知约50种,我国已知约36种。蜉蝣成虫常在溪流、滩湖附近活动,一生经历卵、稚虫、亚成虫和成虫4个时期,是昆虫中唯一有2个具翅成虫期(亚成虫与成虫)的类群。水生的稚虫要在数星期至1年,或更长的时间内经历10~50次的蜕皮才能进入蜉蝣特有的陆生、有翅、亚成虫阶段。亚成虫随后经过蜕皮,变成成熟的成虫。亚成虫及成虫不饮不食,寿命极短,只能存活数小时,多则几天,它们几乎将所有的精力都用于交配,故有朝生暮死”之说。

社会性的昆虫经历“婚飞”这一过程才能繁衍后代,进而形成新的群体,生生不息,组成绚丽多彩的大自然。另一方面,张氏侏罗沙蜉以化石的形式长存于世,将短暂的生命化为永恒的记忆,不断激活我们对远古历史的模糊印象。



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