三疊紀蝴蝶公園?

化石發現質疑了鮮花驅動蝴蝶和蛾子進化的觀點

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鱗翅目。

研究深鑽巖芯的研究人員長期以來注意到樣品中奇怪的斑點狀物質,可能來自昆蟲。他們通常將這些視為對其真正工作的干擾,而是專注於花粉和孢子,將其作為了解過去生態系統的連續記錄。但最近在德國北部的一個樣本中,這些斑點狀物質的驚人豐富度促使一個科學家團隊更加密切地關注它們。

進化生物學家蒂莫·範·埃爾迪克和他的合著者在《科學進展》上撰文,描述了他們的發現,認為這是鱗翅目昆蟲(包括蝴蝶和蛾子)最早的化石記錄。他們將樣本的年代定為大約 2.01 億年前,即三疊紀和侏羅紀之間的邊界。這項新發現符合分子證據所暗示的鱗翅目進化時間線,並有助於糾正化石記錄中令人困惑的空白。

該研究觀察了在地球表面 300 多米以下的鑽芯中發現的 70 個標本,並將它們鑑定為翅鱗,這些翅鱗賦予了蝴蝶和蛾子絢麗多彩的顏色和圖案。光學顯微鏡,以及後來的掃描電子顯微鏡,揭示這些鱗片是花瓣狀結構。有些儲存完好,具有整齊的脊,脊間散佈著人字形網狀結構以及“微肋”,在某些情況下還有穿孔表面。


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根據合著者的說法,這些穿孔被證明是一個關鍵細節。它們表明,那個時期的蛾子具有空心翅鱗,這是舌狀亞目(Glossata)的特徵,舌狀亞目包括所有配備吸食喙的現代蛾子和蝴蝶。此前已知的最古老此類化石來自 1.29 億年前,當時開花植物正在地球上壯觀地出現。迄今為止公認的理論是,吸食喙僅在那時作為鮮花和為它們授粉的昆蟲之間共同進化的產物而出現。

這種共同進化,以及鮮花和傳粉者之間經常非常精確的匹配,一直是博物學家們長期著迷的主題。例如,在植物學中最著名的故事之一中,查爾斯·達爾文正在檢查一批來自馬達加斯加的蘭花,其中包括一朵花,其花蜜隱藏在一個一英尺長的管子底部。“天哪,什麼昆蟲能吸到它?”達爾文寫信給一位朋友。第二天,他推測一定有一種蛾子的喙大致有那麼長才能完成這項工作。45 年後,恰好出現了一種這樣的蛾子,它的盤繞喙長達 11 英寸。

但這項新研究將吸食喙起源的化石證據推回了 7000 萬年。作者寫道,這“挑戰了基本概念”,即大約 1.3 億年前開花植物的出現驅動了鱗翅目喙的進化。他們轉而認為,這些昆蟲“完全以液體為食的轉變很可能是對三疊紀晚期普遍存在的高溫和乾旱的進化反應”。

作者寫道,雖然一些蛾子(包括同一巖芯樣本中代表的物種)繼續具有咀嚼口器,但另一些蛾子進化出了吸吮機制,用於飲用露珠或受損葉子中的汁液。雖然該論文沒有提出這一點,但烏得勒支大學的研究生範·埃爾迪克認為,吸食喙的早期出現甚至可能有助於推動開花植物的出現,而不是相反。

其他科學家對這一發現表示興奮,因為它開始填補康涅狄格大學鱗翅目昆蟲學家大衛·瓦格納所說的“化石記錄中的巨大空白”。但沒有參與這項新研究的瓦格納也將其對這一新證據的解釋描述為“廣泛的推測性且可能是錯誤的”。他質疑喙的進化是對乾旱的反應這一觀點:“同一時期還有其他 24 個飛行昆蟲目,”他說,“它們在沒有[吸食]喙的情況下也做得很好。” 他補充說,它們獲取水分,“就像其他動物一樣——它們喝水、舔水、利用毛細作用,等等”。他說,早期鱗翅目昆蟲中短而簡單的喙也與“後來進化出來從花朵深處獲取花蜜的盤繞喙幾乎無關”。在這些原始舌狀亞目中喙的出現與後來“用於在花朵中覓食的長而像稻草一樣的喙”的出現之間,“有數百萬年的進化時間。並非所有的舌頭都是天生平等的。”

哈佛大學阿諾德植物園的進化生物學家兼主任威廉·弗裡德曼也同意這一觀點,他沒有參與這項工作:“我不認為這必然會改變鱗翅目昆蟲和開花植物共同進化的故事,”他說。“有很多生物結構以一種功能存在——然後在稍後的某個時候,該功能被改變,或者突然之間,該功能有了一個新的背景。即使鱗翅目昆蟲明顯更古老,這很棒,但這並不意味著它們會多樣化,它們會做一百萬零一件事。它們可能像古代哺乳動物一樣,四處遊蕩,體型小,而且在小行星撞擊之前沒有做太多事情”——或者就鱗翅目喙而言,直到花朵出現。

芬蘭自然歷史博物館的鱗翅目昆蟲學家瑪麗亞·海基拉說,這將需要來自其他鑽芯的其他樣本來填補化石記錄,並使研究人員能夠開始更多地瞭解鱗翅目昆蟲的進化故事,她沒有參與這項研究。但她認為,新研究中的標本——來自從一個鑽芯中提取的不到三分之一盎司(約 10 克)的材料——至少“表明存在潛力”。

烏得勒支大學的花粉專家、新研究的資深作者巴斯·範德舒特布魯格說,過去的研究人員沒有系統地研究來自鑽芯的昆蟲材料,“因為你真的需要把它們挑出來。你必須想象在數百萬計的花粉和孢子中找到 70 個鱗片。如果你想在更大的時間尺度上做到這一點,這將是一項艱鉅的工作。但我們希望其他人會效仿。”

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