中国科学院揭秘古蝉飞行之谜

中国科学院揭秘古蝉飞行之谜

近日，中国科学院南京地质古生物研究所与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所合作，通过形态空间和空气动力学分析，揭示了古蝉飞行能力的演化之谜。这项研究不仅展示了古蝉在中生代的飞行竞赛中如何逐步提高飞行能力和效率，还揭示了古蝉与早期鸟类之间的生态互动。这些发现为我们深入了解中生代空中生态系统的复杂性和生物演化提供了重要线索。

研究团队通过对中生代古蝉的形态特征进行系统分析，发现约1.5亿年前古蝉经历了显著的形态变化。早期古蝉具有近似椭圆形的前翅、较大的后翅和较小的中胸，而晚期古蝉则演化出近似三角形的前翅、较小的后翅和较大的中胸。这些形态变化显著提升了古蝉的飞行能力。

具体来说，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%。这些数据表明，古蝉的飞行灵活度和效率均有显著提高。

中生代是地球历史上一个重要的地质时期，大约从2.52亿年前持续到6,600万年前。这一时期地球大部分时间处于温室效应阶段，海水表面平均温度比现代高10℃以上。这种温暖湿润的气候条件促进了生物的繁盛，但也带来了环境因子的快速变化。

研究发现，环境因子变化的速率是影响生物演化的重要因素。当环境变化速度过快时，生态系统可能无法及时适应，从而导致生物大灭绝。而在相对稳定的环境中，生物则有机会通过演化适应新的生存条件。

古蝉飞行能力的显著提升，很可能与早期鸟类的出现有关。约1.55亿至1.35亿年前，早期鸟类迅速繁盛起来，并成为森林中强有力的“捕食家”。早期鸟类多以昆虫为食，体形硕大的古蝉正是理想的食物来源。这一捕食压力迫使古蝉通过演化提高飞行能力，以更好地逃避捕食者。

这一发现展示了中生代空中生态系统中不同生物之间的复杂互动。古蝉与早期鸟类之间的“军备竞赛”不仅推动了双方的演化，也塑造了当时的空中生态格局。

研究团队建立了古蝉的综合形态特征数据库，系统重建了古蝉的宏演化历史。通过形态空间和空气动力学分析，研究人员能够定量计算古蝉的飞行能力变化，为理解飞行生物的演化历史提供了新思路和新方法。

这一研究成果发表在国际学术刊物《科学进展》上，得到了学术界的广泛认可。它不仅揭示了古蝉飞行能力演化的奥秘，也为研究其他飞行生物的演化提供了重要参考。未来，随着更多化石证据的发现和研究方法的创新，我们有望进一步揭开中生代空中生态系统的神秘面纱。