恐龙时代的蝴蝶，在没有花朵的景象中

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

生物学家 斯蒂芬·杰伊·古尔德 和 西蒙·康威·莫里斯曾就一个简单的思想实验发生过著名的争论：如果我们“倒带”生命的录像带并让它再次播放，我们会得到相同的结果吗？

古尔德认为不会。不仅生命会截然不同，而且很可能不会进化出类似人类的事物。以 埃迪卡拉纪 和 寒武纪大爆发 的形式出现的复杂生命的早期进化产生了大量与今天活着的任何生物都无关的奇异生物，其中许多已经灭绝，很可能是因为运气不好。

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康威·莫里斯认为会：在没有任何目标的情况下，不变的物理定律和地球环境的需求决定了或多或少相同的生物会在地球上反复进化。他认为，这样一个过程不可避免地导致了高智力生物的出现。换句话说，当不相关的生物群体进入相同的环境时，环境会诱导或多或少相同的解决方案的进化（尽管小细节可能明显不同）。事实上，有无数这样的 趋同进化 的例子：海豚和鱼龙，美洲的仙人掌和非洲的大戟属植物，以及 有胎盘和有袋剑齿虎。

另一方面，彼得·鲍勒，一位为 《美国科学家》 撰写关于康威·莫里斯的书籍《创造的坩埚》的书评人，认为康威·莫里斯的论点具有说服力，直到你考虑到许多成功的生物似乎在地球历史上没有其他平行物——例如袋鼠。我想到的另一个例子是 三叶虫，尽管有人可能会将 巨型等足类动物 作为三叶虫的第二版。

这是一个有趣的问题（尤其是在酒吧里喝酒时），即使最终无法解答。但康威·莫里斯的论点肯定从近年来变得清晰的一个引人注目的趋同进化例子中得到了加强，最近一次是在 《英国皇家学会会刊B》 中，几年前也在 BMC进化生物学 中。

显然，早在恐龙统治地球的时候，一群被称为 草蛉 的昆虫就产生了蝴蝶。不是我们今天看到的来自 鳞翅目 的蝴蝶，而是漂浮、扑动翅膀、吸食花蜜的轻浮之物，翅膀上装饰着眼斑、翅脉和鳞片。

中生代蝴蝶似乎与今天的形态如此相似，以至于在几步之遥，你可能不会注意到有什么不同。它们在 1.65 亿年前进化而来，在仅仅 4500 万年后消失，整整比第一只现代毛毛虫决定长大并成为一只漂漂漂漂亮亮亮亮的蝴蝶早 4500 万年。再次。

哦，这些最早的蝴蝶并不常光顾花朵，因为花朵仍然是自然母亲眼中的一闪念。最早确定的花卉化石可以追溯到 1.25 亿年前——大约是这些古代蝴蝶灭绝的时候——但第一朵花肯定在那之前至少进化了一点点。当时存在的花朵很小，不显眼，是水生的，花管短，对蝴蝶不友好。

相反，这些侏罗纪蝴蝶似乎栖息在结籽、结球果的树木上。尽管这些植物没有开花，但它们确实创造了布满长管的球果，长管末端有花蜜和花粉。花蜜 + 飞行昆虫显然是进化出蝴蝶的先决条件。

白垩纪蝴蝶更正式的名称是 卡利格拉玛草蛉。草蛉 今天仍然遍布地球。它们的成员包括鲜为人知的类群，如 蚁狮（也迷人地称为沙螽 因为幼虫在沙地上留下的痕迹）；蛉；和 丝翅-、匙翅- 和 线翅草蛉。

这些昆虫拥有同名的薄而透明的翅膀，翅膀上有明显的网状翅脉。现代草蛉通常有咀嚼式口器，因为幼虫和成虫都倾向于吃其他昆虫。值得注意的是，幼虫也可能带有刺吸式口器，以便（令人不寒而栗）实现相同的目标。

人们早就知道卡利格拉玛草蛉的化石，但大多数标本保存不佳，限制了我们对它们的了解。然后，在中国东北的湖泊沉积物中发现了一批保存完好的标本，湖泊沉积物是精美化石的常见来源。动物在湖底细小沉积物中的平静沉降以及相对缺氧有利于良好的化石化。这样的化石可以产生表面细节，甚至有时是颜色图案。

卡利格拉玛草蛉似乎几乎完全生活在今天的欧洲和亚洲陆地上，在 侏罗纪 和 白垩纪 期间。它们体型庞大，翼展超过六英寸，将是它们那个时代最大、最引人注目的昆虫之一。可以准确地想象它们在成群结队的食草恐龙身边飞舞。

现代蝴蝶的定义是一系列特征，包括白天活动、长而吸管状的口器、翅膀眼斑图案和翅膀鳞片（鳞翅目字面意思是“鳞片翅膀”）。所有这些可以从化石中确定的特征都存在于卡利格拉玛草蛉中。

化石告诉我们，最早的卡利格拉玛草蛉具有今天草蛉的咀嚼式口器，并且也缺乏翅膀斑点或鳞片。但后来，它们的口器获得了一个吸管状的喙，用于吸食花蜜，现代蝴蝶的祖先也经历了这种口器转变。在这两个类群中，分开的咀嚼式口器融合成了长而灵活且缺乏刺穿结构的喙。

卡利格拉玛草蛉的头部内也有一到多个泵，用于产生吸力，就像现代蝴蝶一样。这两个类群似乎也都挥舞着各种厚度和长度的喙，用于收集不同植物的花蜜。

带有鲜明对比的同心环颜色的斑点和眼斑也很快出现在翅膀的上表面。它们很可能是出于与蝴蝶今天使用它们相同的原因而被自然选择的：惊吓早期鸟类或小型恐龙等捕食者，或者退而求其次，将它们引向远离身体的翅膀。

到目前为止，在化石中至少发现了六种不同的斑点。其中几种与现代蝴蝶的斑点非常相似，其中一种类型——1 型——甚至在卡利格拉玛草蛉中至少进化了三次。

这种模式一定对蝴蝶非常有利。

色素 黑色素——一种存在于人类皮肤中以及几乎所有生物体中的紫外线屏蔽化合物，除了出于某种原因，蛛形纲动物——甚至可能存在于眼斑的黑暗部分，尽管这方面的证据尚无定论。这也是现代蝴蝶采用的一种策略。

三个不同的植物类群是最有可能成为卡利格拉玛草蛉喙的目标：苏铁、开通草类和本内苏铁类。这三者都是或曾经是 裸子植物，如松树和云杉等裸子植物，它们产生种子，通常在球果中，但不开花。苏铁仍然与我们同在我们，尽管数量和多样性远不及中生代。它们通常被称为西米棕榈，看起来像矮胖的棕榈树。

本内苏铁类和开通草类也是种子蕨类树木，可能在某些方面，甚至在很大程度上与苏铁相似。

这两个类群都产生了生殖结构，花粉囊和卵子深埋在内部，旁边是产生食物的分泌腺和“授粉滴”，这种设置将受益于连接到空运吸食花蜜昆虫的长而灵活的探针。加强这一假设的是，对一只卡利格拉玛草蛉的分析表明，它死于吞咽过程中，喉咙里卡着一团食物，这团食物的碳含量很高，与花蜜一致。

在卡利格拉玛草蛉化石上和口器附近发现的花粉屑也似乎表明它们会吃花粉，这是一种获取蛋白质的习惯，恰好也是为植物授粉的好方法。如果花蜜和花粉确实是它们的食物来源，那么这与现代蝴蝶的饮食是一致的。

我们还知道，这些寄主植物将它们的雄性和雌性部分分开，要么在同一株植物上，要么完全在不同的植物上，以阻止近亲繁殖。风对于将花粉输送到这些装置中的卵子中只能起到很小的作用，但是以球果为家的昆虫将轻松解决这个问题。

一些卡利格拉玛草蛉似乎也有一个弯曲的、锯齿状的产卵器，用于切开植物并在内部产卵，如下面的 i、j 和 k 所示（以及上面的重建图像中）。

卡利格拉玛草蛉幼虫在这些植物中长大并以其为食，这将解释在 威廉姆森 植物化石（一种本内苏铁类植物）内部发现的明显的昆虫隧道。

卡利格拉玛草蛉究竟有多少种？从我们拥有的化石来看，我们认为至少有 20 个属，51 个物种。但化石肯定只代表了实际存在的多样性的一小部分。

是什么结束了长达 4000 万年的卡利格拉玛草蛉狂欢？那将是开花植物，它们的扩散似乎导致了本内苏铁类的灭绝——或者至少，利用它们的消失进行了一系列有利的房地产交易——并在 4500 万年后迎来了它们自己的蝴蝶支援队伍的出现。

对康威·莫里斯、对我以及许多其他人来说，令人震惊的是，进化在相同的栖息地中，以推测相同的选择压力，从非常不同的原材料开始，产生了多少次相同的解决方案。与大多数此类论点一样，真相可能介于两个极端之间。我认为，重播地球无疑会产生许多与我们今天看到的生物相似的生物——也许惊人地相似。而且可能还有一些大惊喜。

高度智能的生命会再次进化吗？对此我没有答案，因为我们只进化过一次。我们可能是袋鼠，或者我们可能是蝴蝶，它们的替身将在数百万年后回顾我们的遗骸，就像我们凝视卡利格拉玛草蛉一样惊叹。

参考文献

Labandeira, Conrad C., Qiang Yang, Jorge A. Santiago-Blay, Carol L. Hotton, Antónia Monteiro, Yong-Jie Wang, Yulia Goreva 等人。“中生代草蛉和新生代蝴蝶的趋同进化。” 在 Proc. R. Soc. B, 第 283 卷，第 1824 期，第 20152893 页。英国皇家学会，2016 年。

Yang, Qiang, Yongjie Wang, Conrad C. Labandeira, Chungkun Shih 和 Dong Ren。“来自中国的 中生代草蛉为卡利格拉玛科（脉翅目）的进化提供了系统发育的见解。”BMC 进化生物学 14, 第 1 期 (2014): 1。