解密中生代葬甲昆虫的亲代抚育行为

时间:20-08-01 栏目:动物世界 作者:wenkula 评论:0 点击: 83 次



中生代葬甲生态复原图


中生代葬甲生态复原图


中侏罗世道虎沟生物群中的葬甲化石


中侏罗世道虎沟生物群中的葬甲化石


早白垩世热河生物群的葬甲化石


早白垩世热河生物群的葬甲化石


晚白垩世早期缅甸琥珀中的葬甲化石及现代葬甲(右)


晚白垩世早期缅甸琥珀中的葬甲化石及现代葬甲(右)


葬甲科(Silphidae)是昆虫纲鞘翅目中的一个小科,只有不到200个现生种。科学家对葬甲的关注通常不是分类学,而是它们复杂的行为学,如它们的亚社会性生活方式、亲代抚育行为、食腐习性及埋葬食物的特性。由于葬甲化石十分稀少,这些复杂行为的发生起源,背景机制,演化发展都无从知晓。仅有的葬甲化石来自美国科罗拉多州始新世晚期的佛罗瑞森特生物群(约0.35亿年)。近年来,黄迪颖、蔡晨阳等发现了大量中生代葬甲化石,包括37块来自中侏罗世道虎沟生物群,5块来自早白垩世热河生物群、6个个体来自晚白垩世缅甸琥珀,在扫描电镜下发现了葬甲化石腹部的发音锉,触角上的化学感受器等,为了解葬甲类昆虫复杂的行为机制提供了全新的见解。


道虎沟生物群葬甲化石的发现将葬甲科的化石记录提前了1亿3千万年,但这些远古葬甲和现代种类看起来并没有太大的形态差别,如:棒状的触角、巨大的中胸小盾片、横截的鞘翅——展现了葬甲1.65亿年以来的形态稳定性。通过扫描电镜对超微构造的观察,发现这些葬甲化石触角末端密布一些微小的化学感受器,并和现代种类一样,具有球型和锥型两类感受器。现代葬甲依赖这些化学感受器探寻腐肉的恶臭,而它们都是食腐动物——取食腐烂的哺乳类和鸟类尸体。而在丽蝇(常见种类如红头苍蝇,其幼虫为蛆)出现之前的中侏罗世,葬甲已经大量出现在生态系统中,扮演了一种重要的清道夫角色。


早白垩世热河生物群中的葬甲化石看起来和中侏罗世的并无明显区别,但在它们的第3可见腹背板上却发育两列由微小横脊构成的锉状构造,和鞘翅内缘摩擦可以发出鸣声。现代葬甲会在腐肉中制造孔穴产卵,并将一窝幼虫抚养在其中,由“父母”照看后代,属于一种典型的亲代抚育行为,构成了简单的社会分工,但还没有形成森严的等级制度,所以葬甲被称为亚社会性昆虫。在葬甲抚育后代的过程中,这种小小的音锉起到了至关重要的作用。现代葬甲的重要天敌之一是隐翅虫亚科的一些类型,它们长有巨大的上颚,是凶残的捕食者。南京古生物所博士研究生蔡晨阳在研究中发现了隐翅虫绝大部分亚科的中生代化石记录,而隐翅虫亚科的这类凶猛捕食者同样出现在热河生物群(如发现葬甲化石的辽宁省北票市黄半吉沟产地)。因而,有理由相信这些大型的捕食性隐翅虫在当时有可能就是葬甲的天敌。葬甲在受到天敌袭扰时可以用鞘翅摩擦音锉发出尖锐的鸣叫声吓退掠食者。也许正是由于致命天敌的出现,才导致了白垩纪葬甲发音锉的产生,体现了一种巧妙的生存策略。另外,葬甲的鸣叫声也是和幼虫的一种重要交流手段。


热河生物群葬甲化石的时代早于其他社会性昆虫的最早地质记录,如最早的蚂蚁发现于白垩纪中期的法国琥珀(约1亿年),最早的蜜蜂可能存在于缅甸琥珀(约0.99亿年),而目前发现的最早的白蚁也略晚于热河生物群。因而热河生物群亚社会性葬甲的发现也是最早的(亚)社会性昆虫化石记录。


尽管道虎沟和热河生物群的葬甲化石展现出高度的停滞演化特征,但它们触角特征和现代种类仍有差异,属于灭绝类型。而距今约1亿年的缅甸琥珀中首次发现的葬甲化石触角8-10节呈特化的片状,和现代类型无显著形态差异,可以归入现生的埋葬虫属(Nicrophorus)。埋藏虫属最奇特的习性是把小型哺乳动物和鸟类(一般200克以下)的尸体埋葬在松软的土壤下做成尸团,并在其上产卵,作为幼虫的长期食物资源。热河生物群的化石证据表明当时鸟类、哺乳动物已出现明显分异及小型化。因而,白垩纪中期一些葬甲可能已经具备埋葬小型哺乳动物或鸟类尸体的特殊习性。


中生代葬甲的形态稳定性揭示了葬甲科的起源或许可以追溯到三叠纪晚期,随着哺乳动物的出现葬甲的祖先形成了特有的食腐习性及相适应的形态结构,因而从隐翅虫科祖先脱离形成独立的类群。在漫长的地质历史中生活习性和食物来源的稳定决定了葬甲形态构造变化极其微小。  


本项研究由科技部重大基础研究计划,国家自然科学基金委员会,江苏省杰出青年基金,现代古生物学和地层学国家重点实验室联合资助。  


论文信息:Chen-Yang Cai, Margaret K. Thayer, Michael S. Engel, Alfred F. Newton, Jaime Ortega-Blanco, Bo Wang, Xiang-Dong Wang, and Di-Ying Huang*, 2014:Early origin of parental care in Mesozoic carrion beetles. P.N.A.S., doi/10.1073/pnas.1412280111


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在内蒙古发现的葬甲虫化石


在内蒙古发现的葬甲虫化石


葬甲虫实虫


葬甲虫实虫


(神秘的地球报道)据新华日报(吴红梅):北京时间16日凌晨3点,国际权威期刊《美国科学院院报》在线发表了南京专家的一项新成果:最古老的大自然“清道夫”葬甲虫化石被发现,此成果将该物种化石记录提前了1.3亿年,填补了之前生命演化科学研究缺失的一环,对于研究生命演化进程也大有裨益。


“葬甲虫是一类嗜尸性昆虫,它能够迅速将尸体吃掉分解,从而达到净化环境改良土壤的作用;它还可以减少脊椎动物寄生虫和病原体的传播,因此被誉为大自然的清道夫。”该项研究主持人——中科院南京地质古生物研究所研究员黄迪颖说,由于以前发现的葬甲虫化石十分稀少,仅有的化石来自美国科罗拉多州的佛罗瑞森特生物群(约0.35亿年前),致使人们对葬甲虫的研究无法深入。近年来,黄迪颖带领博士生蔡晨阳等发现大量中生代葬甲虫化石,其中内蒙古道虎沟生物群葬甲虫化石的发现,将葬甲虫的化石记录提前了1.3亿年。


“研究发现,1.65亿年以来,葬甲虫竟然基本没有变化!这是‘停滞演化’的重要实例”。黄迪颖说,这就意味着,在漫长的地质历史中,生活习性和食物来源的稳定,决定了葬甲虫形态构造变化极其微小。这也给人类提供了启示:要想永续发展,必须保护我们赖以生存的地球环境不受破坏。


在现实生活中,葬甲虫还有一个不为人所知的“妙用”,那就是协助警察破案。葬甲虫一般在动物死亡后24小时内到达,不同属种到达尸体时间稳定,并在其干腐前离去,因此,观察葬甲虫,对精确判断某些尸体死亡时间起到重大作用。


相关报道:发现大自然最早的清道夫


(神秘的地球报道)据金陵晚报(记者 王君 通讯员 陈孝政):世界上最早的清道夫是谁?苍蝇、屎壳郎还是其他?近期中科院南京地质古生物研究所的黄迪颖研究团队发现了大自然最早的清道夫,它出现在距今1.65亿年前的道虎沟生物群,它的名字叫做“葬甲”。专家说,别看它只有不到1厘米的大小,它却有可能是“带毛恐龙”尸体的清理者。


黄迪颖及其学生蔡晨阳等专家通过对距今1.65亿年、1.25亿年以及1亿年三个时段的37块埋葬虫化石的研究,发现了这种处理尸体的肮脏小虫的奇特生活方式和父母“抚育”的亲情行为。近期这些成果将在线发表在顶级学术期刊《美国科学院院报)(p.n.a.s)上。


1.65亿年前大自然有了最早清道夫


大多数人对于葬甲都很陌生,因为它很小,普通人很少接触到它。不过科学家对这种小虫却非常关注,因为它的行为非常古怪奇特,比如“夫妻店”有分工的家庭化的社会生活方式、类似哺乳动物的亲代抚育行为以及食用并埋葬尸体的古怪行为。


此前葬甲的化石十分稀少,仅有的葬甲虫的化石来自美国科罗拉多州始新世晚期的佛罗瑞森特生物群(约0.35亿年前)。


不过,近年来黄迪颖、蔡晨阳等发现了大量中生代葬甲化石,包括37块来自中侏罗世道虎沟生物群(距今1.65亿年),5块来自早白垩世热河生物群(距今约1.25亿年)、6个个体来自晚白垩世缅甸琥珀(距今约1亿年)。


这也说明,早在1.65亿年前,大自然就有了最早的清道夫,道虎沟生物群葬甲虫的发现将它的化石记录整整提前了1.3亿年,它也成为名副其实的最早的大自然的清道夫。


黄迪颖告诉记者,这些远古的葬甲虫和现代的种类看起来几乎没有太大的差别,可谓“驻颜有术”。而在电镜扫描下,专家发现了葬甲虫棒状触角的超微构造,上面密布着许多球型、锥形两种微小的化学感受器,非常神奇。它们能靠着和芝麻差不多大的棒状触角感知到200米开外腐肉的恶臭信息。


“带毛恐龙”尸体任其宰割


黄迪颖解释说,葬甲科昆虫通常可分“尸甲”和“埋葬虫”两类。尸甲每当发现动物死尸就会成群结队聚集于鸟兽尸体上。尸甲取食各种鸟兽尸体,有报道称200只尸甲可以在3天内把一只成年野猪尸体吃完。


而埋藏虫则对小型鸟兽尸体(在100克至300克范围内)感兴趣,早在2亿年前小型哺乳动物就已经开始起源,而埋藏虫同时对有羽毛的温血动物的尸体感兴趣,而当时的“带毛恐龙”(鸟的远古祖先)其实也就是一只鸡的大小,黄迪颖推测,在1.65亿年前,除了一些小型哺乳动物,另外一些带毛恐龙刚刚死,也可能就会有成群的埋葬虫扑上去“啃食”它的尸体,直至将其完全处理完毕。


会分泌防腐液保存尸体


黄迪颖和蔡晨阳发现道虎沟的葬甲和热河生物群有一个细微的差别,那就是热河生物群中(1.25亿年前)的葬甲腹部有音挫。


这个细微的发现,让专家们很兴奋,有音挫的葬甲已经有了初级的社会分工——父母形成一个小社会,会养育幼虫并且由父母照看后代,这是一种类似哺乳动物的典型的亲代抚育行为,这也使它成为目前发现的最早的社会性昆虫。


黄迪颖的讲述为我们还原了一对葬甲夫妇的典型生活,距今1亿年前,“身高”仅有1厘米的昆虫“夫妇”出门了,在距离它们家两百米左右的地方,幸运地发现了一具小型哺乳动物的尸体(通常只有老鼠大小),对它们来说这可是美味。找到“美食”后,它们齐心协力对其喷射防腐液,并将尸体脱毛并“裹”成球埋藏起来。昆虫“太太”还在“食物”上产下自己的“孩子们”,并和昆虫“丈夫”一起照料它们,而这些尸体能够提供幼虫至少十多天生长所需要的全部口粮。


虽然有美妙的亲情,但是葬甲也有残忍的地方,那就是一旦繁育的幼虫数量超过尸体腐肉所能满足的数量。雌性葬甲会用吃掉亲骨肉的策略,在幼虫中做出选择,幸运的可以继续得到食物,不幸的便被残忍地吃掉,来提高整体存活率。



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