2.53亿年前的蛀木甲虫已经学会“培育”真菌——实现“农业化”

　　采集标本：识别出二十几个甲虫蛀孔化石

　　这个2.53亿年前蛀木甲虫的故事，要从2009年讲起。那年夏天，云南大学深时陆地生态研究所研究员冯卓一个人到北贺兰山地区开展野外工作，发现了第一枚被甲虫啃过的木材化石标本。

　　“当时特别兴奋，因为从没有见过类似的标本。要是有更多标本，就可以做进一步研究了。”随后几年，冯卓和他的团队成员又到北贺兰山地区寻找和采集标本。前前后后，他们一共在该地区采集了100余棵裸子植物的木材化石，年代大约在2.53亿年前（二叠纪晚期）。从这些木材化石中，他们识别出二十几个甲虫蛀孔化石。

　　研究发现：甲虫还会“培育”真菌

　　研究人员利用切片法对甲虫蛀孔做了系统的解剖学研究，发现甲虫幼虫的蛀孔最开始出现在木材的形成层位置，之后逐渐延伸到木材内部，甲虫最后又穿越形成层和树皮而离开蛀孔。蛀孔在不同植物组织间连续延伸表明甲虫的幼虫从形成层吃到木质部，再吃到形成层，最后又吃树皮。

　　同时，在蛀孔内发现了大量甲虫粪便颗粒化石，粪便内含物证实：甲虫在从小长大的过程中所吃的食物完全不同，即食性随着个体发育过程发生显著转变。

　　值得注意的是，由于不同植物组织的化学成分和化学结构存在明显的差异，因此，食性转变需要不同的机制来消化食物和吸收营养。研究发现，甲虫蛀孔里不仅存在大量真菌菌丝，而且蛀孔周围的木材细胞存在明显的真菌降解现象。由于降解之后的木材细胞更加容易被甲虫消化和吸收，所以研究人员认为甲虫可能通过“培育”蘑菇来帮助自己实现对不同植物组织的取食行为。这种现象进一步表明，当时的甲虫已经学会了“培育”真菌——即实现了“农业化”。

　　研究结果：甲虫生态关系已很复杂

　　在甲虫蛀孔里，研究人员识别出至少3种甲虫、两种螨类、一种鳌肢类等多种节肢动物，还有一种真菌化石。这么多不同类群的生物之间构成了一个非常复杂的生态关系网络。

　　现生蛀木甲虫生物学研究表明，蛀木甲虫的成虫和幼虫通常在蛀孔里共同生活很长一段时间，并形成一种亚社会化的生活方式。在此期间，成虫对幼虫起到一定的保护作用，即成虫和幼虫之间存在一定的社会分工。

　　冯卓说，从当前的研究结果来看，早在二叠纪晚期，蛀木甲虫的生活方式、生态关系就已经非常复杂。然而，如此复杂的甲虫生活方式和生态关系一直到白垩纪早期才再次出现。所以，推测可能是二叠纪末生物大绝灭事件严重影响了甲虫的演化历史，即让甲虫高度复杂的行为方式和生态关系的演化进程被中断，直到1.2亿年之后的白垩纪早期才得以恢复。

　　相关报道：冯卓团队在昆虫社会化和“农业化”研究取得进展

　　（化石网报道）据云南大学（深时陆地生态研究所）：云南大学深时陆地生态研究所冯卓研究员带领国际合作研究团队在昆虫社会化和“农业化”研究方面取得进展，研究成果以“Late Permian wood-borings reveal an intricate network of ecological relationships”为题于9月15日在国际著名综合学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表（论文链接：http://www.nature.com/articles/s41467-017-00696-0）。文章随即被自然指数（Nature Index）网站作为亮点成果进行为期两个月的重点推荐。

　　昆虫的社会化和“农业化”现象的起源是古生物学、进化生物学和昆虫生态学研究的热点之一。然而由于缺乏化石证据，我们至今对地质历史时期昆虫的生态学以及演化过程的认识还十分有限。

　　冯卓等通过系统研究二叠纪晚期（约2.53亿年前）被甲虫蛀蚀的松柏类植物的木材化石标本，发现了晚二叠世蛀木甲虫在个体发育过程中存在显著的食性转变现象，并证实它们“培育”的真菌对食性的转变起到关键作用；同时，冯卓等还证实，二叠纪晚期蛀木甲虫已出现初步的社会分工，并生活于高度复杂的生态关系网络中。冯卓等人的研究表明晚古生代甲虫已演化出高度复杂的行为方式和生态关系，然而这个演化进程被二叠纪末生物大绝灭事件所中断，直到1亿2千万年之后的白垩纪早期才得以恢复。