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首都師范大學在昆蟲與植物協(xié)同演化研究方面取得新進展 已有1人參與
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首都師范大學在昆蟲與植物協(xié)同演化研究方面取得新進展 -------------------------------------------------------------------------------- 作者:王亞楠 發(fā)表時間:2010-10-11 摘自:科學時報 自然界到處存在生與死的博弈，在長期的進化過程中，動植物在保護自我和繁衍后代方面形成了一套獨特的機制。在遙遠的侏羅紀，正是恐龍等大型動物統(tǒng)治世界的時候，作為食物鏈底層的小昆蟲，它們是怎樣躲避天敵的呢？ 在國家自然科學基金、北京市自然科學基金等的持續(xù)資助下，首都師范大學昆蟲演化與環(huán)境變遷重點實驗室的王永杰、史宗岡和任東在昆蟲與植物的協(xié)同演化研究工作中取得了新進展，發(fā)現(xiàn)了距今1.65億年的中侏羅世時期昆蟲與當時的裸子植物之間存在著明顯的特異性擬態(tài)關(guān)系。近日，該成果在美國《國家科學院院刊》（PNAS）上在線發(fā)表。 將自己融入環(huán)境的聰明昆蟲 記得小學生物課本里的變色龍嗎？它就是自然界中的“偽裝高手”，為了逃避天敵的侵犯和接近自己的獵物，它常隨環(huán)境變化改變身體顏色，然后一動不動地將自己融入周圍的環(huán)境之中。 這種偽裝就是一種擬態(tài)，它是一種生物模擬另一種生物或模擬環(huán)境中的其他物體從而獲得好處的現(xiàn)象，或稱生物學擬態(tài)。 同樣，擬態(tài)也是昆蟲逃避天敵捕食的策略之一，其中葉狀擬態(tài)對現(xiàn)代昆蟲來講屬于較為進化的一種隱藏方式。在特定情況下，昆蟲的翅通常產(chǎn)生形態(tài)上的特化，模擬各種植物的葉子獲得隱藏的目的。如螳螂、角蟬以及蝶類。 據(jù)了解，昆蟲與裸子植物的協(xié)同演化關(guān)系在現(xiàn)代昆蟲中已經(jīng)消失，在晚侏羅—早白堊世時期被子植物逐步取代裸子植物成為自然界的主導，這類昆蟲可能由于缺少了模擬對象而逐步滅絕，而這種特殊的進化關(guān)系隨著裸子植物的沒落而逐漸被生物界淘汰。 “化石是我們研究的關(guān)鍵，沒有化石什么工作都開展不了�！比螙|對《科學時報》記者說，“因此只要找到化石，就相當于找到了開啟答案的鑰匙�！� 但是，由于目前昆蟲化石保存極不完整，科學界對昆蟲葉狀擬態(tài)起源仍然不清楚。 2005年，任東的研究團隊在中侏羅世道虎溝地層發(fā)現(xiàn)了兩塊極為珍貴的具有羽狀翅斑的脈翅目昆蟲。 “這兩塊珍貴且保存精美的化石標本為我們提供了一個契機，讓我們能有機會了解昆蟲進化史上曾經(jīng)出現(xiàn)的那些精彩動人故事�！比螙|說。 通過分析，任東等認為該類昆蟲的翅較為狹長，翅中脈顏色加深，形似羽狀復葉的葉軸，中脈兩側(cè)均勻分布有葉狀翅斑，形似羽狀復葉上的小葉片。該類昆蟲的翅斑與同時代生活的裸子植物的葉片極為相似，他們推斷該類昆蟲可能生活在與之相似的植物上或者以該類植物為食。 另外他們在研究中還發(fā)現(xiàn)該類昆蟲可能存在一種特殊的“行為適應性”，它們的翅展開時，整個停留在植物上的蟲體形似一片隨風擺動的葉片，以更好地逃避各類天敵，如恐龍、鳥類以及哺乳動物等的捕食。 尋找開啟答案的鑰匙 任東從1989年研究生畢業(yè)開始，就沉迷于對古生物學的研究。20年來已累計從事野外工作80個月以上，先后60余次去西北、華北、東北偏遠的山區(qū)采集化石。 “我個人比較喜歡化石，上大學第一志愿是地質(zhì)系，考研究生直接就報了古生物。地質(zhì)學和生物學的知識使我對化石的敏感超過一般人，也就是發(fā)現(xiàn)能力強一些�！比螙|說。 目前任東帶領(lǐng)的昆蟲演化與環(huán)境變遷重點實驗室已采獲燕遼地區(qū)各類中生代晚期昆蟲化石超過25萬件，為研究古代昆蟲與植物的協(xié)同演化關(guān)系提供了大量的可靠證據(jù)。 走進昆蟲演化與環(huán)境變遷重點實驗室，首先映入眼簾的就是一塊塊貼著標簽的動物、植物化石。古生物學家們就是通過這些古老的化石，給人們展現(xiàn)出一個個精彩的故事。 1998年，任東創(chuàng)造性地利用訪花虻類昆蟲化石證實了被子植物在中國東北晚侏羅—早白堊世已經(jīng)存在，將被子植物起源時間向前推進了至少2000萬年，為解決被子植物的起源時間和地點這一植物學界的重大難題作出了貢獻。 2009年11月，經(jīng)過10年不懈的努力，任東及其團隊發(fā)現(xiàn)了距今1.6億年的中侏羅世時期傳粉昆蟲與當時的蟲媒裸子植物之間存在著一種新的傳粉模式，用充分的事實證明了在中生代具有細長吸受式口器的長翅目昆蟲可以在已滅絕的裸子植物上取食傳粉滴，同時起到了傳粉的作用。這是目前為止最早的關(guān)于傳粉昆蟲和蟲媒植物之間協(xié)同演化的例子，并以《歐亞大陸長喙蝎蛉指示被子植物大發(fā)生之前一種新的傳粉模式》為題發(fā)表在美國《科學》雜志上。 2010年8月30日，距上一篇論文發(fā)表不到一年的時間，他們又發(fā)現(xiàn)了世界上最古老的葉狀擬態(tài)昆蟲化石，將昆蟲葉狀擬態(tài)的歷史向前推進了1.2年，同時證明了在中生代時期，昆蟲與裸子植物間已經(jīng)出現(xiàn)了特異性的協(xié)同進化關(guān)系，并在美國《國家科學院院刊》在線發(fā)表了該成果。 “研究化石是個厚積薄發(fā)的過程，前期有了足夠的積累，最后才能水到渠成。”任東說，“我們實驗室在科學基金的持續(xù)資助下，重點研究昆蟲與植物的協(xié)同演化關(guān)系，取得了一系列成果�！� 拓展古昆蟲學研究的深度和廣度 據(jù)任東介紹，科學界對古昆蟲的研究已經(jīng)有兩百多年的歷史，多年來收集了很多化石、聚集了很多專家，也有一些重要成果發(fā)表。但是限于化石的發(fā)掘難度，近來國外對古昆蟲的研究也舉步維艱。 我國對古昆蟲的研究起步雖晚，但是我國燕遼地區(qū)有大量的中生代昆蟲化石資源，而且保存得比較完美，這是我國的先天優(yōu)勢。 “我們這個實驗室就收集了25萬件古昆蟲化石，比俄羅斯、大英博物館等都多�！比螙|說，“今年8月21日在首都師范大學舉辦了第五屆化石昆蟲、節(jié)肢動物及琥珀國際大會，這個大會在古生物界的地位，就相當于奧林匹克在體育界的地位一樣。會上，大會主席統(tǒng)計近兩年來國際共發(fā)表相關(guān)論文200多篇，中國發(fā)的論文就有100多篇。中國人發(fā)表的數(shù)量在國際同行中就占到1/3，同時論文的質(zhì)量也非常高，很多在《科學》、《自然》和美國《國家科學院院刊》上發(fā)表過�！� 談到古昆蟲學科未來的發(fā)展，任東認為人才、資金和研究方法還是學科發(fā)展必須考慮的因素。 “我從1994年承擔國家自然科學基金青年科學基金項目開始，就陸續(xù)受到科學基金的資助�？茖W基金雖然錢不多，但它就像及時雨，往往在我們最需要的時候給予幫助。這也讓科學基金的每一分錢都很能用到刀刃上，對我的研究有很大的鼓勵和幫助�！比螙|說，“目前研究古昆蟲人員的數(shù)量和知識結(jié)構(gòu)還不盡完美，學科研究的方法還屬于傳統(tǒng)的描述性的科學�，F(xiàn)在我們實驗室在傳統(tǒng)的描述性科學即經(jīng)典的研究方法基礎(chǔ)上，拓展研究的深度和廣度，用新的理論和方法發(fā)現(xiàn)、測量和分析化石，爭取把化石里的信息量全部挖掘出來。” 鏈接地址：http://www.nsfc.gov.cn/Portal0/InfoModule_375/30993.htm |
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