三叠纪蝴蝶公园?

化石发现质疑了鲜花驱动蝴蝶和蛾子进化的观点

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鳞翅目。

研究深钻岩芯的研究人员长期以来注意到样品中奇怪的斑点状物质,可能来自昆虫。他们通常将这些视为对其真正工作的干扰,而是专注于花粉和孢子,将其作为了解过去生态系统的连续记录。但最近在德国北部的一个样本中,这些斑点状物质的惊人丰富度促使一个科学家团队更加密切地关注它们。

进化生物学家蒂莫·范·埃尔迪克和他的合著者在《科学进展》上撰文,描述了他们的发现,认为这是鳞翅目昆虫(包括蝴蝶和蛾子)最早的化石记录。他们将样本的年代定为大约 2.01 亿年前,即三叠纪和侏罗纪之间的边界。这项新发现符合分子证据所暗示的鳞翅目进化时间线,并有助于纠正化石记录中令人困惑的空白。

该研究观察了在地球表面 300 多米以下的钻芯中发现的 70 个标本,并将它们鉴定为翅鳞,这些翅鳞赋予了蝴蝶和蛾子绚丽多彩的颜色和图案。光学显微镜,以及后来的扫描电子显微镜,揭示这些鳞片是花瓣状结构。有些保存完好,具有整齐的脊,脊间散布着人字形网状结构以及“微肋”,在某些情况下还有穿孔表面。


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根据合著者的说法,这些穿孔被证明是一个关键细节。它们表明,那个时期的蛾子具有空心翅鳞,这是舌状亚目(Glossata)的特征,舌状亚目包括所有配备吸食喙的现代蛾子和蝴蝶。此前已知的最古老此类化石来自 1.29 亿年前,当时开花植物正在地球上壮观地出现。迄今为止公认的理论是,吸食喙仅在那时作为鲜花和为它们授粉的昆虫之间共同进化的产物而出现。

这种共同进化,以及鲜花和传粉者之间经常非常精确的匹配,一直是博物学家们长期着迷的主题。例如,在植物学中最著名的故事之一中,查尔斯·达尔文正在检查一批来自马达加斯加的兰花,其中包括一朵花,其花蜜隐藏在一个一英尺长的管子底部。“天哪,什么昆虫能吸到它?”达尔文写信给一位朋友。第二天,他推测一定有一种蛾子的喙大致有那么长才能完成这项工作。45 年后,恰好出现了一种这样的蛾子,它的盘绕喙长达 11 英寸。

但这项新研究将吸食喙起源的化石证据推回了 7000 万年。作者写道,这“挑战了基本概念”,即大约 1.3 亿年前开花植物的出现驱动了鳞翅目喙的进化。他们转而认为,这些昆虫“完全以液体为食的转变很可能是对三叠纪晚期普遍存在的高温和干旱的进化反应”。

作者写道,虽然一些蛾子(包括同一岩芯样本中代表的物种)继续具有咀嚼口器,但另一些蛾子进化出了吸吮机制,用于饮用露珠或受损叶子中的汁液。虽然该论文没有提出这一点,但乌得勒支大学的研究生范·埃尔迪克认为,吸食喙的早期出现甚至可能有助于推动开花植物的出现,而不是相反。

其他科学家对这一发现表示兴奋,因为它开始填补康涅狄格大学鳞翅目昆虫学家大卫·瓦格纳所说的“化石记录中的巨大空白”。但没有参与这项新研究的瓦格纳也将其对这一新证据的解释描述为“广泛的推测性且可能是错误的”。他质疑喙的进化是对干旱的反应这一观点:“同一时期还有其他 24 个飞行昆虫目,”他说,“它们在没有[吸食]喙的情况下也做得很好。” 他补充说,它们获取水分,“就像其他动物一样——它们喝水、舔水、利用毛细作用,等等”。他说,早期鳞翅目昆虫中短而简单的喙也与“后来进化出来从花朵深处获取花蜜的盘绕喙几乎无关”。在这些原始舌状亚目中喙的出现与后来“用于在花朵中觅食的长而像稻草一样的喙”的出现之间,“有数百万年的进化时间。并非所有的舌头都是天生平等的。”

哈佛大学阿诺德植物园的进化生物学家兼主任威廉·弗里德曼也同意这一观点,他没有参与这项工作:“我不认为这必然会改变鳞翅目昆虫和开花植物共同进化的故事,”他说。“有很多生物结构以一种功能存在——然后在稍后的某个时候,该功能被改变,或者突然之间,该功能有了一个新的背景。即使鳞翅目昆虫明显更古老,这很棒,但这并不意味着它们会多样化,它们会做一百万零一件事。它们可能像古代哺乳动物一样,四处游荡,体型小,而且在小行星撞击之前没有做太多事情”——或者就鳞翅目喙而言,直到花朵出现。

芬兰自然历史博物馆的鳞翅目昆虫学家玛丽亚·海基拉说,这将需要来自其他钻芯的其他样本来填补化石记录,并使研究人员能够开始更多地了解鳞翅目昆虫的进化故事,她没有参与这项研究。但她认为,新研究中的标本——来自从一个钻芯中提取的不到三分之一盎司(约 10 克)的材料——至少“表明存在潜力”。

乌得勒支大学的花粉专家、新研究的资深作者巴斯·范德舒特布鲁格说,过去的研究人员没有系统地研究来自钻芯的昆虫材料,“因为你真的需要把它们挑出来。你必须想象在数百万计的花粉和孢子中找到 70 个鳞片。如果你想在更大的时间尺度上做到这一点,这将是一项艰巨的工作。但我们希望其他人会效仿。”

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