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白垩纪琥珀中的独角蚁化石研究确认黑帝斯蚁特化的捕食机制

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热度53票 浏览41次 时间:2020年8月07日 10:36
白垩纪琥珀中的独角蚁化石研究确认黑帝斯蚁特化的捕食机制

白垩纪琥珀中的独角蚁化石研究确认黑帝斯蚁特化的捕食机制

白垩纪琥珀中的独角蚁化石研究确认黑帝斯蚁特化的捕食机制(Credit: NJIT, Chinese Academy of Sciences and University of Rennes, France

(化石网报道)据江苏广电融媒体新闻中心(记者 黄蒙 冯水清):蚂蚁的起源和早期演化一直是科学界的热点课题。中国科学院南京地质古生物研究所的一项最新研究确认了现存最古老、距今1亿年前的蚂蚁种群的演化历史。

8月6日晚11点,这一研究刊发于最新出版的《当代生物学》杂志(Current Biology)上。

长牙还有角

大数据验证演化历史

蚂蚁是最成功的社会性昆虫,在现代陆地生态系统中扮演了重要角色。长期以来,学界普遍认为早期蚂蚁的形态和生态较为单一。

但在2016年,中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员与法国科研人员在白垩纪琥珀中发现了一类独角蚁(属于黑帝斯蚁)化石。

该类蚂蚁具有一对镰刀状大牙(大颚),其唇基向上延长,在头上形成一个独特的“角”。

此后,国际多个研究团队从缅甸琥珀中陆续发现了近十种独角蚁,引起了广泛关注,但该类蚂蚁的捕食和演化机制尚待进一步确认。

以此为基础,研究团队经过3年多努力,创新性地建立起“化石蚂蚁形态学数据库”,涵盖112个现生和灭绝蚂蚁的代表类群,以大数据进行形态测度学分析。

经过精密测算,研究团队最终确认独角蚁与其他化石和现生蚂蚁类群明显不同,上下联动的“陷阱-大颚”式(trap-jaw)的捕食机制,可能用于专门捕食不同的猎物。

或因缺乏协作

被现代蚂蚁所取代

尽管独角蚁在距今1亿年左右的白垩纪中期十分繁盛,但在随后的2000到3000万年时间里逐渐灭绝。

研究人员推测,精密的耦合捕食系统使得独角蚁可以进行独自捕食,但也正因“单兵作战式”的生活习性,导致独角蚁在与更富集体精神、更能分工协作的现代蚂蚁种群的竞争中落入下风。

“现生蚂蚁都是集团作战,社会性非常强,有纪律性,‘单枪匹马’的独角蚁在和现生蚂蚁的竞争中不占优势,最终被更进步的现代蚂蚁类群所取代。”王博说。

相关报道:研究揭开一亿年前蚂蚁捕食之谜

(化石网报道)据中国科学报(沈春蕾):近期,来自美国、法国、中国的科研人员合作,对独角蚁及相关的现生和灭绝类群进行了详细的形态测度学、功能形态学和系统发育分析,确认了黑帝斯蚁特化的捕食机制,并厘定了该类群的演化历史。研究成果8月6日在线发表于《当代生物学》。

2016年,中科院南京地质古生物研究所研究员王博与法国科研人员在白垩纪琥珀中报道了一类独角蚁(属于黑帝斯蚁)化石。该类蚂蚁具有一对镰刀状大牙(大颚);其唇基向上延长,在头上形成一个独特的“角”。该类蚂蚁是如何演化出来的?它们是如何利用大牙和角进行捕食的?这些问题一直是大家期待解开的谜团。

王博团队联合美国和法国的科研团队,对所有黑帝斯蚁头部进行形态解剖学分析,并结合一枚特殊的捕食标本,从形态功能学上确认黑帝斯蚁采用的是“陷阱—大颚”式捕食机制。

据悉,联合研究团队建立了化石蚂蚁形态学数据库,并选取了46个灭绝和现生蚂蚁的代表类群进行系统发育分析。结果表明,黑帝斯蚁(包括独角蚁)形成了一个很好的单系类群,可能是已知最原始的蚂蚁类群。

在上述研究的基础上,联合研究团队进一步选取了112个现生和灭绝蚂蚁的代表类群进行了形态测度学分析,发现黑帝斯蚁占据了一个独特的形态空间,与其他化石和现生蚂蚁类群明显不同,而且独角蚁不同类群也拥有差异巨大的头型(包括角和大颚),可能专门捕食不同的猎物。

“我们的研究发现,独角蚁的大颚和角共同演化,形成了一套精密的耦合系统。独角蚁特化的捕食行为进一步驱动了该类群的辐射演化。”王博说:“尽管独角蚁在白垩纪中期十分繁盛,但在白垩纪后期逐渐灭绝,并与其他原始蚂蚁一起被更进步的现代蚂蚁类群取代。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.106.

相关报道:有“牙”也有“角”,还超凶!一亿年前的蚂蚁原来长这样!

(化石网报道)据扬子晚报(实习生 孙海莹 扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹):小小的蚂蚁,在现代陆地生态系统中扮演了重要角色。而蚂蚁究竟是如何起源的呢?近几年,各国学者从白垩纪琥珀中发现了一系列的原始蚂蚁,专家们发现了远古蚂蚁外形很奇特,它们长着“大牙”,有的头上还有“角”,人们很难想象,弱小的蚂蚁在一亿年前竟如此“强悍”。中国科学院南京地质古生物研究所8月6日对外公布这一成果,研究人员结合一枚正在特殊的捕食标本,确认了这类原始蚂蚁是如何“牙”“角”并用,凶残捕食的。研究成果近期在线发表于《当代生物学》(Current Biology)杂志。

一亿年前的蚂蚁长什么样——

一对镰刀状大牙,头上还有一个“角”

蚂蚁是目前地球上数量最多的昆虫,遍布世界各个角落。它们也是一类古老的昆虫,起源于约1亿年前的白垩纪,曾与恐龙相伴。

在1亿年前(晚白垩世)酷热的欧亚大陆南部,一只“独角蚁”正匆匆独行。它有一对强有力的下颚,像身带利刃的剑客。不难想象,这位“大侠”曾令多少昆虫闻风丧胆。

突然,它看到了猎物,就在这位“大侠”张开大嘴咬住猎物的那一瞬间,意外发生了:一大滴松柏类树木的树脂从天而降,瞬间将它包裹起来。这只“独角蚁”最后的挣扎成为大自然纪录片中完美的一帧。而琥珀中的身影被定格并保存下来,时至今日仍栩栩如生。

2016年,中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员与法国科研人员在白垩纪琥珀中曾报道了一类“独角蚁”(属于黑帝斯蚁)化石。该类蚂蚁具有一对镰刀状大牙(大颚);其唇基向上延长,在头上形成一个独特的“角”。

此后,国际多个研究团队从缅甸琥珀中陆续发现了近十种独角蚁,引起了广泛关注。但该类蚂蚁是如何演化出来的?它们是如何利用大牙和角进行捕食的?这些问题一直是大家期待解开的谜团。

一亿年前的蚂蚁如何捕食——

“角”和“牙”相互配合,快、狠、准

王博研究员告诉记者,该研究团队对所有黑帝斯蚁头部进行形态解剖学分析,结合一枚特殊的捕食标本,从形态功能学上确认黑帝斯蚁(包括独角蚁)采用的“陷阱-大颚”式捕食机制。“我们这篇论文主要涉及到这一类蚂蚁是如何演化过来的,以及它的大牙是如何运动的。”王博说,“独角蚁”头上的“角”,可以配合着一起捕获猎物,这种独特的捕食方式在其他的蚂蚁身上是不存在的。专家说,这种新的捕食方式,也带动了独角蚁的演化。

我们可以设想一下“独角蚁”是如何捕获猎物的:它的独角和两只下颚构成了一个天然的陷阱,它的绝技就是将一对弯刀般的下颚悄悄靠近猎物下方,那长满感应毛的长角一旦触碰到猎物,下颚便迅速抬起,把猎物夹住,上下运动咬断猎物。

而当时蚂蚁的猎物是什么呢?专家从琥珀中推测,蟑螂等昆虫可能是就它的猎物了。

黑帝斯蚁可能是已知最原始的蚂蚁类群

据悉,研究团队建立了化石蚂蚁形态学数据库,并选取了46个灭绝和现生蚂蚁的代表类群进行系统发育分析。结果表明黑帝斯蚁(包括独角蚁)形成了一个很好的单系类群,可能是已知最原始的蚂蚁类群。所有黑帝斯蚁的角是同源的,但“延长的角”在黑帝斯蚁中独立演化了两次。

研究团队进一步选取了112个现生和灭绝蚂蚁的代表类群进行了形态测度学分析,发现黑帝斯蚁占据了一个独特的形态空间,与其他化石和现生蚂蚁类群明显不同,而且独角蚁不同类群也拥有差异巨大的头型(包括角和大颚),可能专门捕食不同的猎物。

研究发现“独角蚁”的大颚和角共同演化,形成了一套精密的耦合系统。独角蚁特化的捕食行为进一步驱动了该类群的辐射演化。尽管“独角蚁”在白垩纪中期十分繁盛,但在白垩纪后期逐渐灭绝,并与其他原始蚂蚁一起被更进步的现代蚂蚁类群取代。

对蚂蚁社会性的研究,对人类社会也有启发

蚂蚁是最典型营集群生活的社会性昆虫,它们在生态学上的成功很大程度上归功于其卓越的社会行为。古人通过细致观察已经认识到蚂蚁高度的社会性,《本草纲目》中对“蚁”的释义为 :“蚁,有君臣之义,故字从义。”

“蚂蚁是现代社会数量最多、对生态系统有重要作用的动物,对它社会性的研究还诞生了‘社会生物学’,对研究人类的社会发展也有启示。”王博研究员告诉记者,以对于蚂蚁的起源、其社会性的起源一直是古生物学家、生物学家和社会学家等感兴趣的话题。

自达尔文时代开始,各国研究人员就从不同角度对蚂蚁社会行为的起源和形态演化进行研究。达尔文在《物种起源》一书中指出:不育工蚁实际上对他的进化理论是致命的挑战,因为不育工蚁这种利他主义的行为使物竞天择、适者生存的理论陷入了利他难题。为了进一步阐释,达尔文引入了群体可以作为自然选择单位的新思想,即这种行为尽管对部分个体不利,但可能对整个群体有利,这也是一种自然选择。
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