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來自清貧的純樸鄉村.漂泊他鄉為異客.事業,親情,心靈的世界誰作主!

昆蟲因為演化出翅膀,迅速擴張成為地球上數量最多的動物  

2018-02-19 21:10:53|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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昆蟲因為演化出翅膀,迅速擴張成為地球上數量最多的動物 - 華安 - ceo.lin的博客
        現在遍布各洲、隨處可見嗡嗡作響的昆蟲在古代化石紀錄中其實非常稀少,其實一直到 3 億 2,500 年前,昆蟲才突然大量出現。科學家對上述狀況始終沒有定論,不確定中間究竟發生了什麼事,讓昆蟲種類一夕之間暴增。最新研究中,科學家認為答案就在昆蟲開始演化出飛行的能力。研究團隊發現翅膀的演化,不只讓古代昆蟲成為地球上最早有飛行能力的生物,也讓牠們日後成為地球上數量最多的動物種類。

昆蟲綱包含超過 1,000 萬個物種,遍布全球七大洲,各類型陸生生態棲位都能發現昆蟲的蹤跡。但如果從過去化石紀錄來看,在 3 億 2,500 萬年前地球上的昆蟲數量非常稀少,比起同屬節肢動物門蛛形綱(包含蜘蛛、蝎子、蟎等)以及多足綱(蜈蚣、馬陸等)物種還要少非常多。目前認定最早的昆蟲化石是生存在 3 億 8,500 萬年前一種沒有翅膀、外型類似蠹蟲的生物,而大多數昆蟲化石則是直到大約 6,000 萬年前石炭紀後期賓夕法尼亞世(Pennsylvanian)時才開始出現。

這項研究的第一作者、美國史丹佛大學地球能源與環境科學院研究生 Sandra Schachat 表示,過去昆蟲如何大量出現一直是未解的謎,因為數百萬年前幾乎沒什麼昆蟲,之後卻在很短的時間內突然大量出現。為了解釋化石證據中出現的斷層,Sandra Schachat 與研究團隊開始設法探討中間到底發生了什麼事。

先前最常見昆蟲數量暴增原因的說法,是認為昆蟲數量在泥盆紀(Devonian period)後期受到地球當時大氣氧氣含量的限制而無法大量生長。這種說法的證據來自美國耶魯大學地質學家 Robert Berner,他先前分析了古代岩石與化石內的氧與碳含量比例,並以此建立的過去 5.7 億年地球大氣氧含量的模型。根據 Berner 建構的模型,昆蟲大量出現之前,約 3 億 8,500 萬年前地球的氧含量低於 15%,這樣的氧氣含量比現在地球大氣約 21% 氧含量還低上許多,甚至連野火都不太能燒起來。

除了受氧氣含量限制而導致昆蟲一開始數量稀少的說法之外,另一種常見的解釋是,其實 3 億 2,300 萬年前昆蟲就已大量存在,只是沒有存在化石紀錄中,因為當時能保存牠們樣貌的陸地沉積岩,在漫長的歷史中沒有保存下來。

發展出更多逃離危險的方式

這項發表於科學期刊《Royal Society Proceedings B》的研究中,Schachat 與研究團隊對這兩種說法分別進行驗證。研究團隊首先以最新的碳紀錄更新了 Berner 將近十年前建構的模型,重新研究泥盆紀後期的大氣氧含量。這項研究的共同作者史丹佛大學古生物學家 Jonathan Payne 表示,研究結果顯示「氧濃度低抑制昆蟲大量生長」的說法與現有研究證據不符,因此被排除。

另一方面,研究團隊分析了公開資料庫中,北美地區各地質年代的岩石種類,並沒有發現泥盆紀後期的沉積物有什麼異常。Schachat 表示,當時的沉積物能保存昆蟲化石,也就是說當時保存的昆蟲化石如此稀少,是因為當時的昆蟲數量真的很稀少,而不是因為剛好昆蟲化石沒有留存下來;因此,另一種「岩石品質不佳導致昆蟲化石難以保存」的說法也在這項研究被排除。

目前兩種最廣為人知解釋「昆蟲數量暴增」現象的說法,在這項研究都被打了問號。對此,研究團隊表示,當然這可能代表了「昆蟲數量暴增」現象本身不一定是真實事件,或許只是我們一直以來被誤導產生的錯誤推斷。因此這項研究中,研究團隊重新檢驗了古代昆蟲化石紀錄,發現「昆蟲數量暴增」前,並沒有直接證據顯示當時的昆蟲有翅膀,但在 3 億 2,500 萬年前,當昆蟲開始演化出翅膀後,昆蟲化石也開始變得豐富多樣。Payne 表示,從化石紀錄來看,你就會合理設想,昆蟲在還沒演化出翅膀之前數量並不多,但出現翅膀後便開始快速增長,並變得非常多樣。

Schachat 表示,值得注意的是,最早發現有雙翅的昆蟲化石是一種像蜻蜓,以及另一種像蚱蜢的昆蟲,也就是有翅昆蟲中兩種主要類別,第一種是像蜻蜓那樣的翅膀,靜止時只能平放無法摺疊至腹部,但另一種像蚱蜢的翅膀則是可以摺疊的構造。最早有雙翅的昆蟲化石紀錄就已經出現非常多樣不同的形態,也就表示當昆蟲開始出現翅膀之後,就開始朝非常多樣化的路線發展。演化多元性從地質學角度以及化石紀錄來看,可以說幾乎是一瞬間發生的事。

昆蟲身為最早且唯一能飛行的動物,飛行能力讓牠們變得非常強大。牠們開始能探索新的生態棲位,並以此發展出更多逃離危險的方式。當昆蟲發展出飛行能力,讓牠們能輕易逃離捕食者,昆蟲數量快速增加便不是奇怪的事。除此之外,牠們也開始不需要艱難的一步步向上爬,便能攝取到樹頂的樹葉。有飛行能力的昆蟲也開始創造原先不存在的生態棲位,例如當雜食性昆蟲飛到樹頂尋找食物來源,那麼以該昆蟲為食的其他昆蟲捕食者,也會跟著飛到樹頂棲息。因此昆蟲翅膀的出現,不只讓昆蟲大量增加,也讓牠們能生存在更廣泛多樣的環境。

這項研究的共同作者、史丹佛大學地質科學副教授 Kevin Boyce 表示,他們的研究將昆蟲演化出飛行能力與昆蟲大量生長連結,隨之引導出更多更進一步的問題,例如「昆蟲最早是為什麼演化出翅膀」以及「為什麼演化出翅膀」等。在泥盆紀時只有很少量的昆蟲在地球上,那時候的昆蟲都沒有翅膀,但當昆蟲出現了翅膀,就開始在地球上大量生長,這中間到底發生了什麼事,是個很值得討論的問題。

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