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科学家发现了1亿年前的萤火虫祖先,他们是通过琥珀化石的方式被发现的。
一、萤火虫祖先发现过程
据中科院南古所副研究员介绍,科研小组对琥珀化石进行了研究,在此基础上发现了一枚保存较为完好的萤火虫“老祖宗”雄性标本。
这类古代昆虫体长约7毫米,前端有一对长长的分枝的触须。和现在类似种类的萤火虫相比,它的眼睛更大,头更向前伸展,身体更柔软。更为特殊的是,现在萤火虫的发光点在腹部末端,而这种古老的虫子发光点则更靠前,在腹部前端。
二、琥珀化石
琥珀化石对研究古生物有着重要的意义,琥珀化石作为地球上一部古老的史书,是研究地质年龄、远古生态环境的珍贵标本,琥珀化石中那栩栩如生的昆虫,能向人们诉说史前大森林中的昆虫群落情景,以及亿万年来昆虫的演化过程。
琥珀化石是大自然的馈赠,也是大自然的遗产,一块保存完好的琥珀化石能够提取出了最古老的脱氧核糖核酸分子。
三、琥珀化石的形成
琥珀是中生代白垩纪到新生代第三纪松柏科植物通过地质作用形成的有机混合物。通常来说,琥珀的形成有三个阶段,第一阶段由柏松分泌树脂,第二阶段由深埋的树脂发生石化作用,树脂的组成、结构和特征发生明显变化,第三阶段由成岩作用形成琥珀。
如果在琥珀形成的第一阶段,也就是柏松分泌树脂的阶段偶然地滴落在了昆虫上,柏松分泌树脂把昆虫进行了包裹,在经过第二、第三阶段那么就形成了天然的琥珀化石,这类化石有一种专业的名称,人们称之为“虫珀”。“虫珀”不但有较高的研究价值也有较高的收藏价值。
记者1月27日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,中国、捷克、英国古生物学者近日在1亿年前的缅甸琥珀中发现一种原始的萤火虫祖先:白垩光萤科(Cretophengodidae)昆虫。与现在多数萤火虫为求爱而发光不同,这种萤火虫“老祖宗”发光可能是为了防御和自保。
阿扎白垩光萤生态复原图,中国科学院南京地质古生物研究所杨定华绘制
领导此项研究的中科院南古所副研究员蔡晨阳介绍,科研团队共研究了2万多块琥珀化石,从中发现1枚保存较完好的萤火虫“老祖宗”雄虫标本。这种远古昆虫体长7毫米左右,前端长着一对长长的、有分枝的触角。与现在相似类群的萤火虫比,它眼睛更大,头部更加前伸,身体也更加柔软。更特别的是,现在萤火虫的发光部位位于腹部末端,而这种远古虫子发光部位则更加靠前,位于腹部前端。
此次发现的琥珀化石照片
现生类似的昆虫雄虫(中国科学院南京地质古生物研究所供)
“通过与现代相似类群萤火虫的比较,我们推测,这些萤火虫‘老祖宗’发光并不是为了求偶,而是为了抵御蚂蚁、青蛙、早期鸟类等捕食者的攻击。”蔡晨阳说。
据悉,相关研究成果已于近日发表在英国《皇家学会生物学分会学报》上。
根据近日发表在英国《皇家学会生物学分会学报》(Proceedings of the Royal Society B)杂志上的这项研究,这种甲虫属于白垩纪中期新发现的昆虫家族,也是萤火虫的祖先。
这一新类群的发现,对于研究叩甲总科中生物发光的起源与演化具有重要意义。白垩光萤的发现,也为这一类群的软躯体化及生物地理分布提供了新的见解。
据悉,研究所的科研助理李言达、副研究员蔡晨阳等人与捷克帕拉茨基大学、英国布里斯托大学,及国内中山大学的同行合作,最终得到了一枚保存较完好的阿扎白垩光萤(Cretophengodes azari Li, Kundrata, Tihelka & Cai, 2021)雄性标本。
白垩光萤的触角具12节,呈双栉状,与现生的光萤科相似。然而白垩光萤的前胸腹板较发达,鞘翅完全覆盖腹部,腹部可见腹板6节,与光萤科及近缘的雌光萤科均不同。
白垩光萤科(Cretophengodidae)属于生物发光类鳗枝,可能代表了光萤科 雌光萤科进化枝的基干类群。
雄性化石的腹部有一个发光器官,这可能是一种防御功能机制——很像现代萤火虫(古代甲虫的远亲)利用光来抵御捕食者。
在发光甲虫中,幼虫比成虫更容易发光。这些幼虫在夜间有规律地发光,或在受到干扰时自发发光。先前的研究表明,捕食者——如蜘蛛、蚂蚁、青蛙和鸟类——可能会避开发光的幼虫。
研究人员推测,甲虫之所以进化出生物发光,可能主要是为了防御捕食者,后来才将其用于其他目的,比如交配。
这项研究的科学家们进一步证实了这一假设,他们指出,许多食肉动物的祖先都起源于白垩纪早期,它们的化石标本也可以追溯到缅甸。
发光甲虫是分布最广、数量最多的发光生物;它们精心制作的闪光屏在识别配偶、发出警告信号、交流和引诱猎物方面都起着重要作用。大多数生物发光甲虫(约2300种)属于巨多样性多食性目昆虫总科,最近的分子研究将其归为一个单一的分支:昆虫类昆虫科,昆虫类昆虫科,萤火虫类昆虫科,萤火虫类昆虫科(发光甲虫)和裂眼虫科。
目前,由于科学家们只是发现了雄性化石,研究仍然缺少一个关键的发现:将雌性性标本与研究中描述的雄性标本进行比较。即使是甲虫也有多样性的问题——先前的研究表明,尤其是雌性甲虫,成年后仍然保留着与生物发光相关的特征。科学家们可能无法辨认出Cretophengodidae科的成年雌性成员,因为它们与幼幼虫非常相似。
是的,据媒体报道,1月27日,据中国科学院南京地质古生物研究所消息,中国、捷克、英国古生物学者近日在1亿年前的缅甸琥珀中发现一种原始的萤火虫祖先:白垩光萤科昆虫。与现在多数萤火虫为求爱而发光不同,这种萤火虫“老祖宗”发光可能是为了防御和自保。
领导此项研究的中科院南古所副研究员蔡晨阳介绍,科研团队共研究了2万多块琥珀化石,从中发现1枚保存较完好的萤火虫“老祖宗”雄虫标本。这种远古昆虫体长7毫米左右,前端长着一对长长的、有分枝的触角。
与现在相似类群的萤火虫比,它眼睛更大,头部更加前伸,身体也更加柔软。更特别的是,现在萤火虫的发光部位位于腹部末端,而这种远古虫子发光部位则更加靠前,位于腹部前端。
扩展资料
萤类进化枝至少在白垩纪中期就已经发生了多样化:
白垩光萤的第1–3节可见腹板上具有一个浅色明亮区域,可解释为它的发光器官,其位置与雌光萤科中的一些物种十分相似。
这一发现表明发光的萤类进化枝至少在白垩纪中期就已经发生了多样化。在白垩纪,软躯体叩甲的潜在捕食者(包括蚂蚁、青蛙、早期鸟类等)发生了快速分化,研究人员推测,白垩光萤中的发光器官或许与抵御这些捕食者有关。
白垩光萤的发现也为这一类群的软躯体化及生物地理分布提供了新的见解。华光叩甲科昆虫的身体完全硬化,而萤类进化枝中的其余类群身体都发生了强烈的软化。白垩光萤的身体介于二者之间,处于中间过渡状态,填补了这一演化上的缺环。
参考资料来源:观察者网-科学家发现1亿年前萤火虫的祖先
近日,中国科学院南京地质古生物研究所与捷克帕拉茨英国布里斯托大学,以及国内中山大学的同行合作,白垩纪中期缅甸琥珀存在于约1亿年前。
这枚保存较完好的阿扎白垩光萤雄性标本,这个我们可以完全理解为是萤火虫的祖先类型,这个化石发光的部位位于腹部,主要用来进行防御,这个萤火虫的祖先它的发光部位在腹部,这并不是用来吸引异性进行结合发育后代,而是用来抵御捕食者,用来进行自我防御,因为一般来说大部分生物都害怕火的原因是因为亮光,所以发现白垩萤火虫用腹部发光,在黑夜时,能够给捕食者一定的威慑力,这样一个重大的发现,能够对研究甲虫类具有重大的发现,白垩萤火虫不像现在的萤火虫为了爱而发光,当初它们的祖先,只是单纯的为了自保和防御,萤火虫成年以后几乎不用进食,但是萤火虫幼虫倒是喜欢吃荤的,尤其是蜗牛。
这一类生物,选定目标后它几乎从不失手,它爬上蜗牛的背壳上,时机一到他就亮出有毒的尖刺发起进攻,蜗牛痛苦的蠕动身体来回扭动,但也根本无济于事,因为萤火虫的幼虫利用腹部的吸盘,已经牢牢的吸附在蜗牛的壳上,使它无法逃脱,萤火虫幼虫的毒液很快流遍了蜗牛全身的系统,萤火虫幼虫的食量很惊人。它会钻进蜗的贝壳里吃尽最后一滴汁液,萤火虫广泛分布在热带,亚热带地区,可以说萤火虫发光一部分原因也是在散发热量。
在古时萤火虫身体中存在着一种发光细胞,该细胞里面有两种化学物质,一种叫荧光素,一种叫荧光素酶,荧光素在荧光素酶中,发生氧化反应,反应的结果就使得荧光素在一种高能量被激发的状态下,我们可以理解是给荧光素充了电,当荧光素恢复到平常状态下,就会释放出光亮。
中国科学院南京地质古生物研究所的科学家通过研究一块1亿年前的琥珀发现,1亿年前萤火虫祖先,也就是白垩光萤科昆虫 ,和普通萤火虫相比在两方面的不同:
一、外形的不同
古代萤火虫体内长约7毫米,在其前端有一对长而多枝的触须。和现在的萤火虫类相比,它的眼睛更大,头更向前伸展,身体更柔软。更为特殊的是,现代萤火虫的发光点在腹部末端,而这种古老的虫子发光点则更靠前,在腹部前端。
二、发光的作用不同
科学家们将这些萤火虫与现代类似群居的萤火虫相比较后,科学家推测它们“祖先”发出的光并非用来求偶,而是用来抵抗像蚂蚁、青蛙和早期鸟类这样的掠食者。
三、萤火虫的发光原理
荧光虫的光其实是一种生物性发光。其发光原理如下:萤火虫有一个特殊的发光细胞,其中含有两种化学成分,一种叫做萤光素,另一种叫做荧光素酶。在荧光素酶的催化作用下,荧光素消耗 ATP,并与氧反应,在反应中生成氧化荧光素的激发态,当氧化荧光素从激发态返回基态时,就会释放出光子。
这种发光最神奇的地方是在这个反应中,能量几乎都以光的形式释放,只有很少一部分以热的形式释放,反应效率为95%,萤火虫也因此而没有过热灼伤。
四、萤火虫发光大不同
萤火虫的发光作用也不是一成不变的,萤火虫的成虫利用物种特有的闪光信号来定位和吸引异性,以此来完成求偶交配和繁殖的任务,少数萤火虫成虫利用闪光信号来捕食,还有一个作用是起到警告的作用,当萤火虫受到刺激时,萤火虫就会发出亮光。
这次研究人员在白垩纪中期缅甸琥珀中发现了一枚保存较完好的阿扎白垩光萤雄性标本。白垩光萤的触角具有12节,呈双栉状,与现生的光萤科相似。白垩光萤中的发光器官或许与抵御这些捕食者有关。
白垩光萤的第1—3节可见腹板上具有一个浅色明亮区域,这可解释为它的发光器官,其位置与雌光萤科中的一些物种十分相似。这一发现表明发光的萤类进化枝至少在白垩纪中期就已经发生了多样化。在白垩纪,包括蚂蚁、青蛙、早期鸟类在内的软躯体叩甲的潜在捕食者发生了快速分化。
白垩光萤的发现也为这一类群的软躯体化及生物地理提供了新的见解。华光叩甲科昆虫的身体完全硬化,而萤类进化枝中的其余类群身体都发生了强烈的软化。白垩光萤的身体介于二者之间,处于中间过渡状态,填补了这一演化上的缺环。
生物发光是进化生物学最有趣的现象之一,主要用于警戒和求偶交流。因此,自达尔文时期甚至更早,具有生物发光的类群就吸引着众多生物学家。萤火虫是最著名的陆生发光生物,其中一些属的有限地理分布和种群稀有性,使得萤火虫的分子系统发育关系仍有诸多不确定性,限制了对生物发光起源与进化这一有趣现象的探讨。
日本基础生物学研究所和中部大学等研究团队在16日的国际科学杂志网络版发布研究成果称,通过解析萤火虫的基因组发现,萤火虫在反复发生基因错误复制后获得了发光的能力。该团队认为,多种生物拥有的脂肪酸代谢酶的基因是发光相关基因的起源。
发光生物除萤火虫外,还包括鱼类、软体动物和蘑菇等多种生物,萤火虫的成虫发光被认为是求偶行为。中部大学研究发光生物学的副教授大场裕一期待地表示,“以分析萤火虫为契机,有望了解发光生物进化历史。”
研究团队解析了日本具有代表性的萤火虫“平家萤”和美国名为“photinus pyralis”的萤火虫的基因组,对两者分别锁定了约1.5万个基因。
此外关注已知与发光有关的“萤光素酶”(Luciferase)的基因,详细调查序列后发现,这与参与脂肪酸代谢的酶基因相似。据分析,由于此外也发现几种相似的基因,细胞分裂时通常应该一对一复制的脂肪酸代谢酶基因反复发生一对多的复制错误,其中之一变为萤光素酶的基因。
据称,由于两种萤火虫祖先在约1.05亿年前分化,因此可以认为基因复制错误在那之前就已发生。
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