媒体关注
-
【科技日报】《科学》杂志评出2024年度十大科学突破“中国科学家发现迄今最早多细胞真核生物化石”荣登榜单北京时间12月13日，美国《科学》杂志网站公布了2024年度十大科学突破评选结果。其中，中国科学家发现迄今最古老的多细胞真核生物化石荣登榜单。这十大突破如下。一针管半年的艾滋病预防药问世艾滋病是由人类免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的疾病。一种名为来那卡帕韦（即Lenacapavir）的注射药物，每次注射可保护人体长达6个月。6月，一项针对非洲青少年女性和年轻女性的大型有效性试验报告称，这种注射药物将HIV感染率降至零，有效性高达惊人的100%。地幔“巨浪”推动大陆高地崛起长久以来，科学家们一直认为悬崖和高原是两种截然不同的地质现象，分别由不同的过程驱动。但今年英国南安普顿大学地球科学家的一项研究表明，陡峭的悬崖和高原是由大陆分离时在地球中层引发的同一“巨浪”造成的。当构造板块断裂时，会在地球深处引发强大而缓慢的地幔波，进而导致大陆表面上升一千米以上。最早多细胞真核生物“现身”今年1月，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队在华北燕山地区16.3亿年前地层中发现迄今最早多细胞真核生物化石。这一发现将多细胞真核生物出现的时间进一步提前了7000万年。第三种磁性材料发现铁磁性和反铁磁性一直被认为是材料的两种主要磁序。2019年，研究人员预测，第三种磁性类型，即交变磁性，能兼具铁磁性和反铁磁性两者的特性。今年，多个研究小组证明了存在这一磁性材料。而拥有该特性的交变磁体未来可用于制造自旋电子计算机。“星舰”实现“筷子夹火箭”10月13日，SpaceX“星舰”第五次试飞成功。升空7分钟后，其助推器在降落时由发射塔上被称作“筷子”的机械臂“夹住”，首次实现在半空中捕获回收。这一壮举是SpaceX向完全可重复使用火箭系统迈进的重要里程碑。藻类固氮“神器”首次发现教科书告诉我们，生物固氮只发生于细菌和古菌中。而今年4月，美国研究人员发现了第一种固氮真核生物，其通过一种名为“硝基质体”（Nitroplast）的新型细胞器来固定氮气，这颠覆了以往真核生物（如动植物）无法直接从大气中固定氮气的认知。靶向农作物害虫的RNAi杀虫剂上市今年，美国环境保护局批准可喷洒RNAi生物农药Calantha上市，专门用于防治马铃薯头号害虫——马铃薯甲虫。这种新的、精确的方法将比现有的化学物质更安全。詹姆斯·韦布空间望远镜探索宇宙黎明自2022年詹姆斯·韦布空间望远镜“睁眼”以来，其观测到的宇宙黎明时期星系数量远超预期。今年，对这些星系古老光线的详细研究进一步揭示了其背后的原因。古代DNA揭示千年前家族关系今年，利用从古代骨骼和牙齿中提取的DNA，一系列研究为数千年前的家庭重建了“家族树”，为人们提供了有关远古时期人口迁徙和亲属关系等新见解。CAR-T疗法用于自身免疫性疾病今年，一系列新的临床试验测试了CAR-T疗法在自身免疫性疾病中对抗B细胞的能力。例如，2月，德国研究人员报告，15名接受CAR-T疗法的严重自身免疫性疾病患者在中位随访15个月的时间内（最短随访时间为4个月，最长为29个月），疾病均得到缓解或症状大幅减轻，并已停止使用所有免疫抑制剂和抗炎药物。（原载于《科技日报》 2024-12-13 第03版）2024-12-13
-
【新华社】新研究进一步揭示地球生命或起源于“热泉”记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，中国科学家领衔的国际团队通过模拟实验发现，在地球最早期陆地热泉式的环境中，铁硫化物可通过光热催化作用还原二氧化碳，产生甲醇，从而为地球生命起源的关键代谢途径提供物质基础。这一研究为理解地球早期生命起源提供了新方向，相关成果于28日发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。参与此项研究的中国科学院南京地质古生物研究所副研究员南景博介绍，在地球早期生命起源假说中，深海热液和陆地热泉是普遍认为孕育生命的两种可能环境。此前研究中，多数科学家认为早期生命产生于海底的碱性热液喷口，对陆地上的热泉式蒸汽环境的研究相对较少。此次研究团队在实验室中进行了一系列环境模拟，产生与早期陆地热泉相似的环境，包括80至120摄氏度高温、强紫外光照射，富含二氧化碳、氢气、铁硫化物的热泉喷口环境。结果显示，铁硫化物能起到催化作用，促进二氧化碳转变为甲醇。甲醇可能通过之后进一步的催化转化为最古老代谢途径所需的甲基，从而为生命起源奠定基础。“这项研究展示了在早期地球陆地热泉中，铁硫化物如何将二氧化碳转化为有机分子，并进一步为生命起源提供原材料。该发现为探索生命起源提供了新方向，进而为未来寻找地外热泉环境下的生命提供依据。”南景博说。（记者朱筱）早期地球陆地热泉概念图 （亚历克斯·博索伊绘）2024-12-02
-
-
【科技日报】中外学者发现陆地热泉生命起源假说新证据（科技日报记者 张晔）地球生命空间起源于深海还是陆地？这一古老谜题有了新线索。11月28日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所南景博副研究员与日本国立材料科学研究所、澳大利亚新南威尔士大学等单位的学者合作的研究发现，在早期地球的陆地热泉中，铁硫化物为生命起源提供了关键的化学基础。该研究揭示了早期地球陆地热泉中的铁硫化物在前生命碳固定中的潜力，为探索生命起源提供了新方向，也为未来寻找地外生命提供了依据。相关成果发表在最新一期的《自然 ・通讯》上。地球早期热液系统中富含铁硫化物，这些铁硫化物可能类似于现代代谢系统中的酶辅因子，参与了生命前的化学反应。为探究铁硫化物在陆地热泉前生命碳固定的作用，研究团队在实验中合成了一系列铁硫化物（四方硫铁矿）纳米颗粒。通过实验，他们发现这些铁硫化物在特定温度（80-120℃）和常压下可催化氢气驱动的二氧化碳还原反应，并用气相色谱仪对生成的产物甲醇进行了定量测定。研究显示，掺锰的铁硫化物在120℃的反应条件下表现出显著的催化效果，而且在紫外-可见光和增强紫外光照射下，其催化活性进一步增强。这表明，光能或促进了化学反应的进行。研究团队还发现，水蒸气可进一步提升反应活性，这意味着陆地热泉蒸汽喷口可能是早期地球非酶有机合成的关键场所。 南景博认为，铁硫化物的氧化还原特性，使其具备与现代代谢酶类似的催化功能，为前生命碳固定提供了化学基础。早期地球陆地热泉概念图。亚历克斯·博索伊/Alex Bosoy 绘2024-11-29
-
-
【人民日报】探秘中国“植物庞贝城”近日，在韩国举办的第37届国际地质大会上，国际地质科学联合会（以下简称“国际地科联”）公布了第二批100个世界地质遗产地名录，中国有3处入选，“乌达二叠纪植被化石产地”是其中之一。乌达二叠纪植被化石产地为何被称为“植物庞贝城”？有怎样的科学价值？目前的研究情况如何？全球唯一的二叠纪“植物庞贝城”乌达二叠纪植被化石产地指的是内蒙古自治区乌海市乌达煤田内埋藏保存的二叠纪化石森林。2.98亿年前，整个华北地区还是沉浸在汪洋中的一个大岛屿，乌达地区处于北回归线以南的低纬度热带区域，是一片生机盎然的热带雨林，这里温暖湿润，长满石松类、有节类、瓢叶类、蕨类、种子蕨类、原始松柏类、苏铁类等植物，高低错落，郁郁葱葱。然而，一场规模空前的火山突然喷发，厚厚的火山灰飘到了这片森林，整片森林被就地掩埋。乌达二叠纪植被化石产地的保存方式与庞贝古城遗址如出一辙。公元79年，维苏威火山爆发，庞贝被掩埋在数米深的火山灰下，直到1748年被发掘，这里原封不动地保留了神庙、街道、民居等。基于此，负责乌达二叠纪植被化石产地发掘的中国科学院南京地质古生物研究所所长王军带领的研究团队将该产地命名为“植物庞贝城”，这一研究成果2012年在《美国科学院院报》发表后，引发了国际地质古生物学界的关注。国际地科联在对今年获评的遗产地进行介绍时这样写道：乌达化石遗址是世界上重建植物化石数量最多的地方，也是世界上精确重建煤田植被实际景观规模最大的地方，为了解植物群落生态提供了一个独特的窗口，超过50个物种分类说明了该区域高度的生物多样性。乌达化石代表了一个被称为二叠纪“植物庞贝城”的远古森林的特殊记录。“目前，不完全统计显示，全球发现的动物化石埋藏点可能不少于50万，植物化石埋藏点可能有10余万，但是公认的保存方式与‘植物庞贝城’基本相同的只有5个。这里是唯一一个处于二叠纪最早期的，准确地说是处于石炭纪与二叠纪之交。”王军告诉记者。据了解，其他的类似于“植物庞贝城”保存的植物群位于美国、西班牙、捷克、德国，但受制于自然环境等因素的影响，种群丰富程度与科研进展不及乌达植被化石产地。“植物庞贝城”研究团队目前的研究进展表明，乌达“植物庞贝城”囊括5项世界之最：最大面积的远古森林实际复原、最丰富的同期成煤植物群化石标本收藏、最古老的苏铁植物、最丰富的瓢叶目植物群落以及最多的化石植物整体重建。稀有的原位埋藏化石森林原位埋藏是王军当初发现乌达化石的线索，也是乌达化石产地之所以具有重大科学价值的重要原因。1997年，王军在中国科学院南京地质古生物研究所博士后流动站做瓢叶目植物的研究，所里的吴秀元老师送给他一小块产自贺兰山脉的瓢叶类植物矿化标本。吴秀元20世纪60年代初来到中国科学院南京地质古生物研究所，一直跟随李星学院士从事地层古植物学研究，对贺兰山华夏植物群等非常熟悉，尤其擅长石炭纪植物和地层的研究。20世纪80年代，吴老师在贺兰山野外考察期间，偶然发现一块已矿化的瓢叶目植物化石，虽然这个球果化石的直径仅有2厘米，但结构保存完整，十分罕见。王军对这个化石进行了仔细的修理和技术分析，鉴定后确认这是瓢叶目中的一个新种，后来在他的博士后出站报告《瓢叶目一种孢子叶球盘穗的形态及解剖学研究》中将其命名为“中华盘穗”。这是当时发现的第一块保存了内部解剖结构的瓢叶目植物化石，它为解决瓢叶目植物的系统归属提供了重要线索。但它的体积太小，当时的实验条件无法展开更深入研究，王军觉得有必要重返贺兰山去找更多化石材料。之后，王军多次到贺兰山进行野外科考。2003年，王军与美国宾夕法尼亚大学费弗科恩教授一同前往贺兰山脉，后者主要从事石炭-二叠纪地层和植物研究，在埋藏学和古环境学等领域成就斐然。这一次，他们虽没有找到“中华盘穗”，但在乌达煤田红旗煤矿6号和7号煤层之间，发现了一层约66厘米厚的植物化石层，绵延三十多米，包括一些直立的茎干，每隔三五米就有一根，这是之前没有发现过的。经辨认，他们认为很可能是树蕨、科达和瓢叶目拟齿叶属。这样的发现令两位科学家振奋，后来经过研究，发现这并非以往文献中认为的湖相粘土岩，而是火山凝灰岩，表明其为火山灰特异埋藏。王军告诉记者，火山进行了一次连续喷发，森林是被一次性掩埋的，中间不存在火山喷发停止后，又有树木新生长的情况。火山灰的飘落可能持续了数天甚至数月，当时埋下来的厚度约为1.2米—1.5米，由于上面又形成了煤层、岩石等，后经近3亿年以来的地质作用，现在保存的厚度约为66厘米。“一般化石中的植物都是躺着的、破碎的，但这里的植物化石是站着的、完整的。展开的树冠、倒伏的树干，甚至还有缠绕的藤蔓、树间的小草以及被昆虫咬食的植物叶片。”王军介绍，乌达植被化石包括了石松类、有节类、蕨类、种子蕨类、前裸子植物、早期松柏植物和苏铁类植物共7大类50余种，具备了现代植被类群中除被子植物以外的各大类群。有着非常清晰的分层结构，包括高层乔木、低层乔木、层间植物、灌木层、地被层。团队还曾发现了一棵完整的封印木，树桩在岩石中，树干倒伏，树冠折断但跟树干还保存在一起，复原后高达二十几米。乌达化石标本目前发现的就超过了50种，多数都能够进行整体重建研究，因此这里将可能成为全球实现化石植物整体重建复原属种最多的古植物学圣地，有望为古生物演化生命树增添最多的化石植物新物种。丰富古生物演化生命树据王军介绍，这片化石遗产地处在煤层之间，目前为止，科研人员在35平方公里的煤田区域陆续发掘了1万平方米。发掘过程中，许多发现在打破既有的认知。比如按照教科书，在中国的热带雨林，发掘2500平方米就可以覆盖区域内的所有物种，但是当团队发掘到8000平方米的时候，仍然有新物种出现。“目前已经复原并完整重建了9种古植物。”王军介绍，特别是在瓢叶目研究方面取得了突破性成果。在二叠纪末大灭绝事件中，瓢叶目植物随之消失，它是华夏植物群的特色和代表类群之一，在石炭-二叠纪植物群中最常见，但也是研究最薄弱的一组植物。其植物系统分类位置从1931年该目建立以来始终是个谜团。2015年，王军团队在乌达找到了内部结构保存完好的拟齿叶，随后数年中，团队又多次发现具有相同内部解剖结构的拟齿叶，大量数据不仅证明果与叶同源，同时也显示了这类植物的主干发育具有密木型的松柏类木材特征，至此终于确认瓢叶目属于前裸子植物，彻底解决了瓢叶目在生命演化树中的位置，即系统分类属性及其亲缘关系。除了树木，王军更想了解整个森林的奥秘。乌达化石产地一块3000平方米的发掘现场被画满了白色方格，这些就是定位点，每个点位是一棵植物，如果植物都被复原出来，就能真正做到“既见树木，又见森林”，不仅可以了解单个植物的信息，更能了解到群落的生态。在这里，有最古老可靠的苏铁，以往发现的苏铁由于信息内容不完整，仅见叶片而缺乏繁殖器官，无法确认属于苏铁。而乌达的苏铁则既有叶片又有繁殖器官，可以确定。王军告诉记者，从目前研究来看，这片森林里最多的是树蕨，其次是瓢叶目，而且发现有科达树生长的地方，一定没有封印木，反之亦然，两者呈割据状态。森林一年中有8个月，地表有浅层水体覆盖，其余4个月，陆地会露出，这些都是成煤的条件。而到底是哪些植物能够变成煤炭，长期以来缺乏直观而清晰的证据，乌达化石产地展现出的成煤植物群落组成，成为研究的一条重要线索。他还介绍，石炭-二叠纪之交的地球气候环境与当前十分相似，南北两极覆冰，当时地球正经历冰室气候向温室气候转换，现在也正在从第四纪以来的冰室气候过渡到温室气候，气温逐渐升高，极端天气频发，植物为了适应气候也要发生变化，或迁移或进化或灭绝等，乌达化石产地所处的地质历史时期为研究现代植被适应冰室过渡到温室的变化提供了重要参考，对粮食生产有重要意义。“植物庞贝城”的研究虽然已经进行了20多年，但仍有许多未解之谜，比如在如此丰茂的热带雨林，仅发现蝎子等10块左右的动物化石，为什么数量和种类都那么少？王军告诉记者，一个化石点的研究是无穷无尽的。“技术一直向前发展，每一代人的认识有一定的局限，相信这些未解之谜在未来会一一揭开。”“植物庞贝城”复原图↑乌海拟齿叶化石↑普氏封印木化石↑火山凝灰岩层野外露头↑2024-11-12
-
-
【新华社】提速约四成！科学家探秘远古昆虫的“飞行竞赛”记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，通过对中生代古蝉的形态特征进行系统分析，研究人员发现，约1.5亿年前古蝉通过新老类群的演替，实现了飞行能力的显著提升。这一研究由中国科学院南古所学者领衔的国际古生物团队完成，向公众生动展示出一场在远古天空悄然开展的“飞行竞赛”。蝉俗称知了。在距今约2.6亿至1亿年前，古蝉总科是具有代表性的树栖昆虫。它们在这一时期非常繁盛，保存了大量的化石，并且与现代蝉类也有密切的亲缘关系，是研究昆虫飞行能力演化的理想对象。此次，研究团队建立了古蝉的综合形态特征数据库，系统重建了古蝉的宏演化历史。研究团队发现，在约1.5亿年前的侏罗纪晚期，古蝉类群经历了一次显著的演替事件。早期古蝉具有近似椭圆形的前翅、较大的后翅和较小的中胸，而晚期古蝉则演化出近似三角形的前翅、较小的后翅和较大的中胸。这种形态变化使晚期古蝉的飞行能力显著提升。南京古生物所画师杨定华绘制的中生代鸟类与古蝉之间“飞行竞赛”的生态复原图。图片来源：南京古生物所↑“我们发现，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，飞行速度提升了39%，飞行肌肉占比提高了19%，显示出飞行灵活度和效率均有显著提高。”研究论文第一作者、中国科学院南古所博士许春鹏说。领导此项研究的中国科学院南古所研究员王博介绍，之所以出现这样的“飞行竞赛”，很可能是由于当时空中出现了新的捕食者。在约1.55亿年前到约1.35亿年前，早期鸟类迅速繁盛起来，并成为森林中强有力的“捕食家”。早期鸟类多以昆虫为食，体形硕大的古蝉正是理想的食物来源。这一压力促进了古蝉类群的演替。“这一研究为定量计算远古昆虫的飞行能力提供了新思路、新方法，也为理解飞行生物的演化历史提供了重要线索。”王博说。相关成果已于近日发表在国际学术刊物《科学进展》上。（完）记者：王珏玢2024-10-30
-
【中国科学报】被吃还是快飞——一场远古昆虫的“飞行竞赛”飞行是动物界极具创新性的运动方式，为飞行动物提供了诸多生存优势。古生物学家根据古蝉化石提出了中生代“飞行竞赛”假说，但一直缺少严格定量验证。中国科学院南京地质古生物研究所（简称南京古生物所）与国内外科研人员合作，以古蝉为研究对象，建立古蝉的综合形态特征数据库，揭示中生代的“飞行竞赛”。相关研究成果于10月26日在线发表于《科学进展》。南京古生物所画师杨定华绘制的中生代鸟类与古蝉之间“飞行竞赛”的生态复原图。图片来源：南京古生物所↑“飞行竞赛”假说迄今，仅有昆虫、翼龙、鸟类和蝙蝠这四类动物演化出主动飞行能力。其中昆虫是最早掌握飞行能力的动物，并且演化出了多样性极高的飞行策略和相应的生态适应。然而，重建灭绝昆虫的飞行能力非常困难，因此，科学家对昆虫飞行能力的演化历史了解也非常有限。由于古蝉在中生代非常繁盛，现存大量化石，因而成为探究昆虫飞行能力演化的理想类群。其与现生蝉类的亲缘关系较近，具有相似的形态特征和飞行机制。2010年，中国科学院南京地质古生物研究所博士王博和研究员张海春在检视德国晚侏罗世索伦霍芬古蝉后发现，在侏罗纪最晚期，古蝉类群存在一个明显的演替事件。晚期古蝉类群可能进化出更强的飞行能力，其潜在演化驱动因素为新兴空中捕食者的捕食压力，并据此提出了“飞行竞赛”假说。中国科学院南京地质古生物研究所博士许春鹏，目前正在德国耶拿大学开展博士后研究，研究方向主要是古生物学大数据分析和节肢动物宏演化。他向《中国科学报》介绍，在鸟类出现以前，中生代森林的空中只有翼龙和各类昆虫这两大类飞行生物，空中生态系统处于相对稳定的状态。但是突然演化出了全新的飞行动物——鸟类，其强悍的飞行能力打破了原有平衡。“鸟类和翼龙之间主要是竞争关系，而与昆虫之间主要是捕食关系。”因此，很多昆虫例如古蝉，由于鸟类的繁盛促进了它们飞行能力的提高——只有飞得快、飞得灵活才可以避免被捕食。在早期鸟类的辐射过程中，翼龙也发生了明显的演化事件。有力证据由鸟类引发的中生代“飞行竞赛”，极大影响了翼龙和昆虫的演化，从而重塑了中生代晚期的空中生态系统。不过，此前“飞行竞赛”假说虽被广泛引用，却缺少严格的定量验证。近日，许春鹏与南京古生物所研究员王博和张海春，与临沂大学地质与古生物研究所教授陈军、荷兰瓦赫宁根大学实验动物系教授Muijres Florian、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士余逸伦等合作，以古蝉为研究对象开展了综合研究工作。研究结果揭示了鸟类早期辐射事件对昆虫演化的影响，并为探究捕食者与被捕食者间的协同演化提供了一个经典例子。在晚侏罗世到早白垩世之间，早期鸟类经历了显著的辐射事件，并迅速占据了森林中的生态位。早期鸟类多为食虫性，而体形硕大的古蝉是其理想的食物来源。该研究发现，侏罗纪—白垩纪之交的古蝉类群演替事件，在时间上与早期鸟类的大辐射相吻合。因此，早期鸟类的繁盛很可能对古蝉的演化产生了定向选择压力，促进了古蝉的类群演替，导致了早期古蝉的衰落，以及飞行能力更强的晚期古蝉的崛起。这一结果也为鸟类引起的中生代“飞行竞赛”假说提供了有力证据。古蝉专属数据库在此次发表的成果中，研究团队检视了全球范围内所有代表性的古蝉化石，综合利用最大简约法和贝叶斯法，重建了古蝉总科的系统发育关系，并识别出了并系的早期古蝉和单系的晚期古蝉两个类群。在此基础上，研究人员提取了综合的形态学数据，建立了古蝉的综合形态特征数据库，进而构建了古蝉类的首个系统发育关系，并综合贝叶斯支端定年分析、谱系形态空间分析、形态歧义度分析和几何形态度量分析等方法，重建了其宏演化历史。此外，该研究构建了古蝉的空气动力学模型，据此定量评估了其飞行性能，阐明了该昆虫类群的飞行能力演化史。空气动力学研究显示在该演替事件中，古蝉发生了显著的形态学演化，促使其飞行能力得到显著提升，包括更快的飞行速度、更高的灵活度以及更高的飞行效率。文章通讯作者王博表示，这项研究也为定量计算灭绝昆虫的飞行能力提供了新思路和新方法。记者：张楠2024-10-30 -
【南京日报】亿年前虫鸟生存博弈，谁是赢家？在遥远的中生代，天空中上演了一场激烈的“飞行竞赛”。这场竞赛的参与者包括了翼龙、鸟类，还有一类我们可能不太熟悉的巨大昆虫——古蝉类。这些古蝉，翅展可达近15厘米，是当时空中生态系统的重要组成部分。10月26日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，该所科研人员与国内外学者合作以古蝉为对象开展研究，通过形态空间和空气动力学分析，为我们揭开了古蝉飞行能力的演化之谜，为中生代的“飞行竞赛”假说提供了有力证据。相关研究成果于10月26日在线发表于《科学进展》（Science Advances）上。图：中生代鸟类与古蝉之间“飞行竞赛”的生态复原图。飞行是动物界极具创新性的运动方式，为飞行动物提供了诸多生存优势。迄今，仅有昆虫、翼龙、鸟类和蝙蝠这四类动物演化出主动飞行能力。其中，昆虫是最早掌握飞行能力的动物，并且演化出了多样性极高的飞行策略和相应的生态适应。然而，由于重建灭绝昆虫的飞行能力非常困难，我们对昆虫飞行能力的演化历史了解有限。直到最近，中国科学院南京地质古生物研究所科学家联合国内外专家通过对古蝉开展形态空间和空气动力学分析，为我们提供了新的视角。古蝉类是中生代的代表性树栖昆虫，生存时限从晚二叠世一直延续到晚白垩世（距今约2.6亿年至1亿年）。它们与现生蝉类有着密切的亲缘关系，形态特征和飞行机制相似。在中生代，古蝉非常繁盛，留下了大量的化石记录，因此是探究昆虫飞行能力演化的理想类群。“我们通过检视全球的古蝉化石，建立了古蝉的综合形态特征数据库，首次构建了古蝉类的系统发育关系，并通过形态空间和空气动力学分析，定量评估了其飞行性能，阐明了该昆虫类群的飞行能力演化史。”中国科学院南京地质古生物研究所研究员王博介绍。研究结果表明，古蝉在从中生代早期到晚期的演化过程中，发生了显著的形态变化。早期古蝉的翅膀近似椭圆形，而后翅相对较大；而晚期古蝉的翅膀则近似三角形，后翅较小，中胸较大。关于翅脉的形态空间分析也进一步表明，早期古蝉和晚期古蝉的翅脉结构也有较大的差异。图：早期古蝉和晚期古蝉。这些变化直接影响了古蝉的飞行能力。相比早期古蝉，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，其飞行速度有39%的提升；飞行肌肉占比提高了19%，显示其飞行灵活度和飞行速度的提高；前翅展弦比提高了15%，进一步证明晚期古蝉具有更快的飞行速度和更高的飞行效率。此前，古生物学家曾根据古蝉化石提出了中生代“飞行竞赛”假说，但一直缺少严格定量验证。本次研究结果为这个假说提供了有力证据。“早期的鸟类多为食虫性，而体形硕大的古蝉是其理想的食物来源。”中国科学院南京地质古生物研究所研究员张海春介绍，研究发现，侏罗纪—白垩纪之交的古蝉类群演替事件，在时间上与早期鸟类的大辐射相吻合。因此，早期鸟类的繁盛很可能对古蝉的演化产生了定向选择压力，促进了古蝉的类群演替，导致了早期古蝉的衰落以及飞行能力更强的晚期古蝉的崛起。中国科学院南京地质古生物研究所博士许春鹏表示，以此研究推测，鸟类这一新兴飞行动物的起源和辐射，很可能对已有的飞行生物（昆虫和翼龙）产生严重影响。在早期鸟类的辐射过程中，翼龙也发生了明显的演化事件：由体形较小、食虫为主的基干类群，逐渐演替为体形较大、食性多样化的翼手龙类。作为潜在的竞争者，鸟类的繁盛可能促进了翼龙的类群演替。中生代的“飞行竞赛”极大影响了翼龙和昆虫的演化，从而重塑了中生代晚期的空中生态系统。该研究由中国科学院南京地质古生物研究所、临沂大学、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、德国耶拿大学、荷兰瓦赫宁根大学、美国自然历史博物馆以及英国自然历史博物馆的研究团队共同完成。研究得到国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委和德国洪堡学者基金会的资助。南京古生物所画师杨定华为该成果绘制复原图。南京日报/紫金山新闻记者 张安琪2024-10-30