新华社南京10月13日电(记者王珏玢)地球上种类最丰富的动物——昆虫,是怎样演化出翅膀的?由中国科学院南京地质古生物研究所、南京师范大学领衔的国际科研团队,运用系统发育基因组学方法梳理出昆虫翅膀早期演化的清晰脉络,为这一困扰科学界百余年的谜题提供了新解答。相关成果13日发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)。
走在公园、田野、林间,随处可见昆虫的身影。全球已正式命名的昆虫超过100万种,占已描述动物物种的一半以上。它们的翅膀各有门道:蜉蝣、蜻蜓等不能把翅膀向后折叠、平贴在腹部背面,被归为古翅类;甲虫、蜜蜂等新翅类,则拥有收拢翅膀的本领。
此次研究中,科研团队利用我国丰富的蜉蝣物种资源,新测得16种本土蜉蝣的核基因组,弥补了以往相关数据不足的短板。在此基础上,团队搭建大规模数据集,以化石为时间标尺,结合基因的变化推算年代,并用多种分析方法交叉验证,逐渐勾勒出昆虫翅膀早期演化的图景。
结果显示,早在约4亿年前的早泥盆世,有翅昆虫的共同祖先就已飞上天空,远早于脊椎动物。今天蜂、蝶、蜻蜓的翅膀,皆从远古共同祖先一路传承、变化而来。此后,蜉蝣、蜻蜓等所属的古翅类,以及甲虫、蜜蜂等所属的新翅类,逐渐走上了不同的演化道路。
蜉蝣、蜻蜓等古翅类昆虫的翅根较为稳固:蜉蝣借助翅膀滑翔,蜻蜓则高速飞行、灵活追猎。新翅类则演化出如同“折页”的翅根关节,让甲虫、蜜蜂等能收好翅膀,减少爬行、钻缝时的磕碰,进入更多狭小空间。
“昆虫飞上天空,是陆地生命演化史上里程碑式的重大革新。”中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳介绍,翅膀的诞生让昆虫有了全新的活动天地,也改变了陆地生态系统的面貌。
南京师范大学教授周长发说,两条演化道路并行发展,共同塑造了今天昆虫多样的飞行方式和丰富的物种。(完)
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