近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所牽頭研究團(tuán)隊對位于陜西和新疆的兩個三疊紀(jì)昆蟲化石群開展了深入研究，不僅發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)生昆蟲的最早化石記錄，也為同時期昆蟲群對比提供了時代參考，證實(shí)了全變態(tài)昆蟲和水生昆蟲在約2.37億年前的三疊紀(jì)中、晚期經(jīng)歷了快速輻射和多樣化。該研究于近日在線發(fā)表于美國《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）。
二疊紀(jì)末生物滅絕事件引發(fā)了嚴(yán)重的陸地生態(tài)系統(tǒng)危機(jī)，包括昆蟲數(shù)量和多樣性的急劇減少。進(jìn)入三疊紀(jì)，海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)迅速發(fā)展，是現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)起源的第一步，因而被稱作“現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)的黎明”。此時期，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，脊椎動物類群異常繁盛，而植物和昆蟲同樣經(jīng)歷了重要的發(fā)展。但由于早、中三疊世昆蟲化石極度稀缺，人們對于三疊紀(jì)昆蟲復(fù)蘇這一重要事件的認(rèn)識嚴(yán)重不足。
近十年，南京古生物所研究員張海春領(lǐng)導(dǎo)的“現(xiàn)代陸地生態(tài)系統(tǒng)起源與早期演化”團(tuán)隊對西北地區(qū)三疊系地層開展了詳細(xì)的考察工作。近期，該團(tuán)隊成員鄭大燃、王博等與香港大學(xué)、長慶油田等科研人員合作，對陜西中三疊世晚期銅川昆蟲群和新疆晚三疊世早期克拉瑪依昆蟲群進(jìn)行了研究。通過對昆蟲化石層的放射性同位素年代學(xué)和生物地層學(xué)年代限定，以及昆蟲群面貌研究，提出了三疊紀(jì)中、晚期昆蟲大輻射這一演化事件。同時，含化石層位也是長慶油田和克拉瑪依油田的重要產(chǎn)油層，同位素年代學(xué)和生物地層學(xué)的研究結(jié)果也為油氣資源勘探提供了新的定年和化石證據(jù)。
研究團(tuán)隊于銅川昆蟲群層位上下采集了兩塊凝灰質(zhì)砂巖樣品，并利用激光剝蝕多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-MC-ICP-MS）對其進(jìn)行了U-Pb同位素年代學(xué)測試。對兩塊樣品的最年輕鋯石的分析，給出了237.4±0.9百萬年和238.0±1百萬年的協(xié)和年齡，為銅川組下段頂部提供了拉丁期最晚期的年齡。該結(jié)果與先前獲得的銅川組上段的同位素年齡（約236-234百萬年）以及生物地層學(xué)對比結(jié)果一致。銅川昆蟲群的時代接近拉丁期-卡尼期界限（約237百萬年），為同時期生物群對比提供了時代依據(jù)。
研究團(tuán)隊對陜西和新疆兩個化石產(chǎn)地開展了近十年的采集工作，迄今已采集了近千枚昆蟲化石。其中，銅川昆蟲群包含至少11目28科，是世界范圍內(nèi)三疊紀(jì)最豐富的昆蟲群之一。該昆蟲群擁有超過14個科的全變態(tài)昆蟲，占所有昆蟲化石的約65%。銅川昆蟲群與塔吉克斯坦馬迪根昆蟲群（拉丁期-卡尼期）、澳大利亞伊普斯維奇昆蟲群（卡尼期）較相似。克拉瑪依昆蟲群包含6目10科，以石蠶巢和劃蝽為代表。三疊紀(jì)的鞘翅目化石大多僅保存了鞘翅，而銅川昆蟲群中保存了大量身體完好的甲蟲。另外，在兩個昆蟲群中都發(fā)現(xiàn)了毛翅目幼蟲構(gòu)筑的巢穴-石蠶巢。毛翅目是鱗翅目的姊妹類群，后者最早記錄是來自三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)界限地層。而毛翅目最早記錄來自西伯利亞下侏羅統(tǒng)的石蠶巢化石。銅川和克拉瑪依昆蟲群中發(fā)現(xiàn)的石蠶巢化石則將毛翅目的起源和筑巢行為追溯到了三疊紀(jì)拉丁期。
此外，兩個昆蟲群都擁有多樣性最高的全變態(tài)昆蟲，以長翅目和鞘翅目為代表。現(xiàn)生全變態(tài)昆蟲在昆蟲中占據(jù)最大比例和多樣性。根據(jù)前人的研究，全變態(tài)昆蟲在石炭紀(jì)早期已經(jīng)出現(xiàn)，并在早、中三疊世多樣化，但它們直到中生代中期才在全球占據(jù)主導(dǎo)地位。因而，銅川和克拉瑪依昆蟲群中全變態(tài)昆蟲的高多樣性和高豐度是始料未及的，揭示了中三疊世全變態(tài)昆蟲的大輻射。這項研究也表明一些重要的水生全變態(tài)昆蟲可以追溯到中三疊世，如毛翅目和水生甲蟲。而克拉瑪依昆蟲群中發(fā)現(xiàn)的大量劃蝽也是最早的水生蝽類。這些多樣的水生昆蟲屬于“中生代湖泊革命”的一部分。之前，這一事件被認(rèn)為發(fā)生在中生代中期。該研究表明水生昆蟲的多樣化在中三疊世晚期已經(jīng)出現(xiàn)，為淡水生態(tài)系統(tǒng)的早期演化提供了新的視角。
總之，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了全變態(tài)和水生昆蟲在中三疊世晚期經(jīng)歷了一次大的輻射事件。與其他昆蟲相比，全變態(tài)昆蟲可能更能適應(yīng)早三疊世環(huán)境變化。而中三疊世植物快速發(fā)展，可能進(jìn)一步促進(jìn)了全變態(tài)和水生昆蟲的輻射。
該項研究得到中科院、國家自然科學(xué)基金委和香港大學(xué)基金資助。
中三疊世全變態(tài)昆蟲演化和三疊紀(jì)陸地生物復(fù)蘇
銅川和克拉瑪依昆蟲群地質(zhì)簡況
銅川和克拉瑪依昆蟲群典型分子
銅川（左圖）和克拉瑪依（右圖）野外地質(zhì)工作
銅川昆蟲群的同位素年齡
