昆蟲成功“渡劫”二疊紀的秘訣

資料記載，昆蟲作為現今地球上多樣性最高的生物，自石炭紀（3.6億年～2.86億年前）開始繁盛，在二疊紀（2.99億年～2.5億年前）已成為陸地生態系統中的重要角色。

二疊紀末發生了地質歷史上規模最大的生物滅絕事件，導致陸地生態系統的崩潰。迄今為止，學界對此時期昆蟲的演化過程爭議頗大，進而導致昆蟲對大滅絕的響應機制不為人知。

近期，一支國際聯合研究團隊發現，二疊紀末發生的大滅絕事件（特別是去森林化）明顯影響了甲蟲的早期演化歷程，為理解昆蟲對大滅絕事件的響應過程和機制提供了新見解。相關研究成果日前發表于英國綜合性學術期刊eLife。

甲蟲已具有多樣的生活習性

昆蟲是如何響應二疊紀末大滅絕事件的呢？中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）碩士研究生趙顯燁在研究員王博的指導下，與中國科學院古脊椎動物與古人類研究所博士研究生余逸倫以及俄、美等國科研人員開展合作研究發現，二疊紀甲蟲已具有多樣的生活習性。

趙顯燁告訴《中國科學報》：“二疊紀至三疊紀保存了大量鞘翅化石，甲蟲鞘翅具有復雜的形態結構，我們通過形態歧義度比較分析了早二疊至中三疊鞘翅形態變化，推斷鞘翅的形態與物種多樣性之間存在聯系。”

依托南京古生物所大數據中心，科研人員厘定了甲蟲部分關鍵類群，分別統計了自然類群、形態類群及混合類群的物種數，并參考全延限假設，計算得到了分類多樣性變化曲線。

在新的系統發育矩陣的基礎上，科研人員采用最大簡約法構建了早期甲蟲的系統發育樹，建立了全球甲蟲（昆蟲綱：鞘翅目）化石形態數據庫，并且利用主坐標分析和非度量性多維標度變換方法，基于多種形態歧異度指標，定量分析了早二疊世至中三疊世甲蟲形態差異的變化。

科研人員研究發現，隨著早、中二疊世甲蟲干群的輻射，其多樣性與形態歧異度同步增加。晚二疊世其多樣性與形態歧異度解耦，多樣性的增加并未伴隨形態歧異度而發生顯著變化。在二疊紀末大滅絕事件后，早三疊世的甲蟲蛀食性干群近乎完全滅絕，多樣性、形態歧異度皆明顯降低。

趙顯燁介紹，早三疊世蛀食性甲蟲化石記錄的空白與森林生態系統的崩潰時間（即無煤期）大致吻合，表明蛀食性甲蟲的滅絕可能源于去森林化作用所造成的棲息環境的消失。中三疊世甲蟲類群明顯恢復，新的蛀食性甲蟲類群再次廣泛出現，這也與森林生態系統的恢復時間相一致。此時期甲蟲類群也逐漸完成了從古生代類群（基干類群為主）到中生代類群（多食亞目為主）的轉換。

對全球碳循環及氣候的影響

現代自然界中，昆蟲在陸地碳循環中扮演著重要的角色。“森林是陸地生態系統中最大的碳儲庫，植食性昆蟲通過分解木質組織，將光合作用固定的碳以二氧化碳形式返回于大氣。”趙顯燁說。

已有的研究數據顯示，如今昆蟲對森林枯木分解貢獻率平均為29%，年排碳量約為3.2±0.9（1Pg=10億噸）。在短時間內，植食性甲蟲的爆發足以讓森林從碳匯轉變為碳源。然而，在漫長的地質歷史時期，昆蟲對全球碳循環及氣候的影響被長期忽略。

“古生代陸生植物大輻射伴隨著巨量碳儲存和氧氣釋放，這被認為是同期大氣氧含量上升的主導因素。但大氣氧含量在石炭紀達到頂峰后下降的原因尚存爭議。”趙顯燁介紹，新的地球化學研究模型提出，二疊紀陸地植食性動物對碳埋藏的限制可能是大氣氧含量下降的主要驅動力。

在二疊紀，相對于甲螨、脊椎動物等植食性生物，蛀食性甲蟲成為更重要的木材分解者。這些甲蟲通過與微生物（例如真菌）的相互作用顯著提高了木材的降解速率。因此，科研人員推測，二疊紀蛀食性甲蟲的輻射可能是二疊紀大氣氧含量下降的一個主要驅動力。

王博指出，此項研究首次利用形態歧異度等指標對昆蟲化石進行分析。“結果表明，基于大數據以及多指標、多種模型的聯合分析，有助于我們更好地揭示地質歷史時期生物的演化規律和可能的驅動力。”

當今，人類造成的全球變暖與毀林事件導致森林昆蟲多樣性不斷下降，與二疊紀末期滅絕事件十分相似。王博認為：“該項研究或許有助于我們更好地了解未來昆蟲將如何響應全球氣候的變化。”