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新化石揭示的蟬的早期進化

桑間濮上網2025-11-25 08:42:09【焦點】1人已圍觀

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（神秘的地球uux.cn）據中國科學院（張楠楠）：為了闡明蟬總科化石的早期演化歷史、中生代化石與現存蟬總科之間的系統發育關系、身體結構適應的宏觀演化及其與環境變化的關系，江蕙博士在Profs的指導下。中國科學院南京地質古生物研究所的王波和張海春與合作者一起進行了一項合作蟬研究。
研究結果發表在《自然通訊》上。
蟬，這里指的是蟬總科，以其聲音產生系統的進化、特殊的長期地下習性以及在文化、生活和科學研究中廣泛存在的象征性屬性和實用性而聞名。現存的蟬總科包括全球分布的蟬科，通常被稱為真蟬/鳴蟬，以及僅在澳大利亞發現的孑孓科，俗稱毛蟬。
目前，最早的蟬總科化石發現于三疊紀。所有中生代（大約2.52億至6600萬年前）的蟬總科化石傳統上根據一些獨特而保守的形態特征分為蟬科和螽斯科。然而，這種將中生代化石直接歸入現代分類群的做法可能會忽略化石在追溯其早期進化路徑中所提供的獨特和過渡性特征的作用。
在這項研究中，研究人員首次研究了化石蟬總科和現存蟬總科的系統發育關系。他們發現中生代蟬總科化石包括莖蟬、莖螽斯和莖蟬。一些以前被歸類為螽斯科的中生代化石實際上可能在系統發育上更接近現代蟬科。蟬科和螽斯科的分支可能在中侏羅世或之前分化。由于保存問題，昆蟲化石的分類往往依賴于保存的部分形態特征。
他們對成蟲和若蟲的部分結構（如翅膀、非翅膀身體部分和若蟲腿）進行了形態分析，以將細微的連續形態變化與分類和系統發育結果進行比較，并揭示了昆蟲化石中的特化同源結構可能包含以前忽略的可識別過渡變異。
對這些連續形態變化的進一步研究可以更準確地理解時空變化對形態演化的影響，并進一步闡明宏觀演化的模式。例如，頭部和陰唇的變化可能反映了寄主植物變化引起的取食壓力引起的抗性適應。此外，胸背板的變化以及翅膀脈絡和輪廓的變化可能表明飛行肌肉和能力的進化。頭部和胸部的變化也可以量化和比較。
發聲對許多動物來說是一種重要的交流方式。現代蟬科物種可以產生昆蟲中最大的聲音，通過tymbal機制達到近120分貝。相比之下，螽斯科動物通過基底傳遞更細微的振動信號進行交流，缺乏產生響亮聲音的能力。蟬科和螽斯科之間不同的發聲機制引發了人們對它們聲學結構和行為最初進化的好奇。
在保存于雄性和雌性標本中的所有中生代蟬莖組中都發現了Tymbals。這是首次在蟬總科化石中識別出tymbal結構，在化石記錄中捕獲了這種通信方法。大多數相對完整的化石缺乏復雜的聲音產生和聽覺系統的元素，這表明白堊紀中期的蟬可能依賴基底傳播的振動進行交流，而不是產生或感知高分貝的歌曲。
此外，在一些情況下，在化石中發現了tymbal肌肉和腹腔，以及保存的氣管、飛行肌肉和馬普氏管，這表明了與現代鳴蟬腹部相似的固有腹腔和共鳴能力的可能性。
因此，研究人員提出了另一種假設:某些白堊紀中期的蟬亞目群體可能產生了比基質傳播的振動更大的聲音。無論如何，與現代鳴蟬相比，蟬總科物種可能在中生代的大部分時間里相對沉默。
他們還報告了白堊紀中期克欽琥珀中已知最古老的蟬總科若蟲和殼蟲化石。這些若蟲化石驚人強壯的前足化石與現代蟬化石相似，表明它們具有相似的行為和強大的挖掘、土壤運輸和地下生活能力。蟬若蟲和成蟲化石顯示出明顯的生態位和生存策略，從地下根部取食明顯轉向地上莖干取食。
在化石中很少有根部進食的證據。然而，具有專門挖掘前腿的蟬若蟲化石表明了這種行為。這種地下生活方式可能提供了生存優勢，使蟬若蟲能夠在地下度過更長的時間。
研究人員還檢查了化石記錄中節肢動物的根系進食情況。鑒于克欽琥珀中的成年和若蟲蟬總科化石以及中侏羅世道虎溝礦床中豐富的成年化石，很明顯中生代中期蟬總科表現出獨特的生命階段生態位，有助于生物量從地下轉移到地上，并以類似于現代同類的方式影響生態系統。

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