古蝉飞行能力揭秘：中生代的“飞行竞赛”

古蝉飞行能力揭秘：中生代的“飞行竞赛”

近日，中国科学院南京地质古生物研究所的研究团队通过综合形态特征数据库和空气动力学模型，揭示了古蝉在中生代的飞行能力演化史。研究表明，古蝉在侏罗纪-白垩纪之交经历了一次显著的类群演替事件，其飞行能力得到了显著提升，包括更快的飞行速度、更高的灵活度和更高的飞行效率。这项研究不仅为中生代的“飞行竞赛”假说提供了有力证据，还展示了鸟类早期辐射事件对昆虫演化的重要影响。

古蝉总科（半翅目）是中生代的代表性树栖昆虫，翅展最长可达15厘米，生存时限从二叠纪晚期到白垩纪晚期。古蝉和现生蝉类的亲缘关系较近，具有相似的形态特征和飞行机制。它们在中生代非常繁盛并保存了大量的化石记录，因而是探究昆虫飞行能力演化的理想类群。

研究团队建立了古蝉的综合形态特征数据库，构建了古蝉类的首个系统发育关系，并综合贝叶斯支端定年分析、谱系形态空间分析、形态歧义度分析和几何形态度量分析等方法，重建了古蝉的宏演化历史。进而，该研究构建了古蝉的空气动力学模型，定量评估了古蝉的飞行性能，阐明了这一昆虫类群的飞行能力演化史。

研究发现，相比早期古蝉，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，飞行速度提升了39%，飞行肌肉占比提高了19%，表明其飞行灵活度和飞行速度均有提高；晚期古蝉前翅展弦比提高了15%，证明晚期古蝉具有更快的飞行速度和更高的飞行效率。

在晚侏罗世到早白垩世之间，早期鸟类经历了显著的辐射事件，并迅速占据了森林中的生态位。早期的鸟类多为食虫性，而体型硕大的古蝉是它们理想的食物来源。研究发现，侏罗纪-白垩纪之交的古蝉类群演替事件在时间上与早期鸟类的大辐射吻合。因此，早期鸟类的繁盛可能对古蝉的演化产生了定向选择压力，促进了古蝉的类群演替，导致早期古蝉的衰落以及飞行能力更强的晚期古蝉的崛起。

鸟类这一新兴飞行动物的起源和辐射或对已有的飞行生物如昆虫和翼龙产生了重要影响，引发了一场中生代的“飞行竞赛”。在早期鸟类的辐射过程中，翼龙发生了明显的演化事件，即由体型较小、食虫为主的基干类群，逐渐演替为体型较大、食性多样化的翼手龙类。作为潜在的竞争者，鸟类的繁盛可能促进了翼龙的类群演替。同时，作为捕食者，早期鸟类的辐射事件给昆虫带来了新的捕食压力，如蜻蜓目的演替事件。

该研究发现，中生代的“飞行竞赛”影响了翼龙和昆虫的演化，从而重塑了中生代晚期的空中生态系统。

这一研究为中生代的“飞行竞赛”假说提供了证据，为剖析捕食者与被捕食者间的协同演化提供了例证。同时，该成果为定量计算灭绝昆虫的飞行能力提供了新思路和新方法。