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被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

最近在考古化石届有出现一则非常有意思的事情,那就是有科学家发现了1.1亿年前的蟑螂亲戚,这个亲戚就是这个玉门鞘蠊了,那么这个玉门鞘蠊又到底是什么情况呢?下面我们一起来分析学习看看!

1、玉门鞘蠊被发现

中国、德国、英国古生物学者最近在我国甘肃玉门发现一种1.1亿年前的原始昆虫——玉门鞘蠊。进一步的研究表明,玉门鞘蠊在分类学上与蟑螂、螳螂、白蚁有亲缘关系,称得上这些昆虫的“远古亲戚”。

2、玉门鞘蠊简介

玉门鞘蠊其实也是一种原始昆虫,和蟑螂、螳螂、白蚁有亲缘关系。

3、玉门鞘蠊科介绍

玉门鞘蠊科(Umenocoleidae)最早发现于甘肃酒泉盆地下白垩统,是当今争议最大的昆虫化石类群之一。该类群先后被不同学者归入鞘翅目基干类群、蜚蠊目、革翅目、螳螂目等完全不同的目级单元,而主要原因在于其前翅与鞘翅目基干类群、网翅总目(包括蜚蠊目、螳螂目及传统意义上的白蚁)的一些类群和原革翅目的前翅在脉序上非常类似。近年,部分欧美学者认为玉门鞘蠊科应当仅包括其模式属——玉门鞘蠊属(Umenocoleus),将其再次归入鞘翅目,并认为该科是鞘翅目其余类群的姊妹群;而仍有学者坚持将其归入网翅总目。若新分类为真,玉门鞘蠊的分类地位在鞘翅目的起源及早期演化上将具有重要意义。但目前玉门鞘蠊的分类地位仍然存在很大争议。

被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

4、玉门鞘蠊形态特征

研究团队对甘肃酒泉盆地下白垩统发现的三块新的玉门鞘蠊化石进行了研究,并重新研究了吉林下白垩统大拉子组的多脉玉门鞘蠊(Umenocoleus nervosus)模式标本和两块保存于缅甸琥珀中与弯脉玉门鞘蠊关系密切的昆虫化石。在扫描电镜下,研究人员发现玉门鞘蠊前翅上的杯状凹陷虽然在肉眼上类似于鞘翅目基干类群和现生的原鞘亚目鞘翅上的窗格结构,但其微观结构明显不同。

被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

5、门鞘蠊所属亚种

研究人员进一步选取了72个特征和36个类群进行系统发育分析,结果表明玉门鞘蠊是网翅总目内一类特化的类群,与近期新发现的奇翅目近缘。玉门鞘蠊硬化的前翅极有可能是与鞘翅目基干类群和现生的原鞘亚目趋同演化的结果。研究还发现,玉门鞘蠊虽然在早白垩世时期广泛分布于地球上,但之后很快就走向灭绝,这很可能与裸子植物的衰退和多食亚目甲虫的兴起有关。玉门鞘蠊与奇翅目一样,是网翅总目占据新的生态位的又一次失败演化试验。

5、门鞘蠊所属亚种

新化石——澄清玉门鞘蠊分类地位

化石的分类地位之谜

玉门鞘蠊科(Umenocoleidae)是当今争议最大的昆虫化石类群之一。从外表上看,玉门鞘蠊体长约1-2厘米,其头部及胸部为深棕色,前翅为浅棕色,头部圆柱形,胸部近似方形,靠近后缘有一条深沟,前翅上的翅脉不平行,后翅未折叠,腿比较粗壮,看上去就是一只迷你版的蟑螂,但是它的身体表面分布有密密麻麻的小凹坑或小瘤点。

该类群的模式标本在1936年从甘肃酒泉盆地下白垩统地层中采集。但因为其形态非常奇特,一直没有得到分类学研究。

1973年,中国科学院动物研究所原所长陈世骧院士与谭娟杰研究员基于该枚化石建立了玉门鞘蠊科(模式种为弯脉玉门鞘蠊 Umenocoleus sinuatus),并认为该标本代表了一种独特的原始甲虫,其原始性状支持了甲虫(鞘翅目)与广翅目近缘的假说。

之后,哈佛大学的古昆虫学家Carpenter教授基于标本多节的触角和不平行的翅脉等特征认为该科属于原革翅目(Protelytroptera,可能为现生蠼螋的祖先)。

1998年,斯洛伐克的蜚蠊目(蟑螂)专家Vr?anský教授认为玉门鞘蠊是一类特殊的蟑螂。

2005年,美国自然历史博物馆Grimaldi教授和堪萨斯大学Engel教授则认为该科属于网翅总目(包括蟑螂、螳螂及白蚁)。但是,俄罗斯科学院的Gorochov教授认为玉门鞘蠊科是螳螂目的基干类群。

随后,2013-2014年,欧洲的另一个研究团队在 Nature刊发的论文以及后续论文中再次将玉门鞘蠊科归入鞘翅目,并认为该科是鞘翅目其余类群的姊妹群。若真如此,玉门鞘蠊的分类地位在甲虫的起源及早期演化上都具有重要意义。

被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

图1 玉门鞘蠊及相关标本的照片与线条图

新化石解决老问题

玉门鞘蠊的分类地位至今仍然存在很大争议,主要是因为其前翅与甲虫基干类群、蟑螂、螳螂的一些类群和原革翅目的前翅在脉序上非常类似。

近日,中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”的研究生罗慈航在王博研究员和张海春研究员的指导下,基于玉门鞘蠊模式种的模式标本产地和层位新采集的标本,通过细致的形态学研究和系统发育分析,表明玉门鞘蠊是网翅总目的一个特化的类群,与新近在缅甸琥珀中发现的昆虫纲新目奇翅目亲缘关系很近,它和奇翅目都是现在蟑螂、螳螂的 “远古亲戚”。

该研究解决了古昆虫学上由来已久(近50年)的一个争议,并揭示了玉门鞘蠊与原始甲虫的相似性是趋同演化的结果。该研究成果近期发表于《远古世界》(Palaeoworld)杂志。

被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

图2 玉门鞘蠊的系统发育关系及其早白垩世古地理分布图

玉门鞘蠊的形态与兴衰

研究团队经过多年的酒泉盆地野外地质工作,终于在标本模式产地发现了三块新的玉门鞘蠊化石,并进行了详细的形态学研究。研究团队还重新鉴定了吉林下白垩统大拉子组的多脉玉门鞘蠊模式标本和两块保存于缅甸琥珀中与弯脉玉门鞘蠊关系密切的昆虫化石。

在扫描电镜下,研究人员发现玉门鞘蠊前翅上的小凹坑虽然在肉眼上类似于鞘翅目基干类群和现生的原鞘亚目鞘翅上的凹坑,但其微观结构明显不同。原鞘亚目鞘翅上的凹坑一般称为窗格结构,其排列整齐,且为规则的多边形,呈网状,而玉门鞘蠊身上的凹坑则不规则排列,为圆形。

研究人员进一步选取了72个特征和36个类群进行系统发育分析,结果表明玉门鞘蠊是网翅总目内一类特化的类群,与近期新发现的奇翅目近缘。玉门鞘蠊硬化的前翅极有可能是与鞘翅目基干类群和现生的原鞘亚目趋同演化的结果。

本研究发现,在1.1亿年前的白垩纪早期,玉门鞘蠊曾经遍布全球,兴盛一时。但在随后的两千万年内,它们又迅速灭绝,销声匿迹。研究人员推测,玉门鞘蠊由盛转衰,可能与当时全球的生物面貌变化有关。在距今1亿年左右的白垩纪中期,正是裸子植物衰退而被子植物大发展的时期,随着植物类型的变化,整个昆虫类群也随之更替,很可能正是由于它们的食物裸子植物大幅减少,而与之竞争的多食亚目甲虫(如我们熟知的金龟子、萤火虫、吉丁虫等)又非常繁盛,使玉门鞘蠊它们的生存需要逐渐无法满足,最终被进化的浪潮淘汰。玉门鞘蠊是网翅总目占据新的生态位的一次失败的演化试验。

被称为1.1亿年前蟑螂亲戚的玉门鞘蠊介绍

图3 玉门鞘蠊的生态复原图(黎家豪 绘制)

该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院战略先导专项和第二次青藏联合科考项目的资助。

来源:中国科学院南京地质古生物研究所

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