古蝉飞行能力的惊人进化揭秘

古蝉飞行能力的惊人进化揭秘

在遥远的中生代，地球的天空上演了一场激烈的“飞行竞赛”。这场竞赛的主角之一，是一类体型巨大的昆虫——古蝉。它们的翅展可达15厘米，是当时空中生态系统的重要成员。最近，中国科学院南京地质古生物研究所等机构的研究团队，通过综合研究古蝉化石，揭示了这场“飞行竞赛”的奥秘。

古蝉总科是中生代的代表性树栖昆虫，生存时限从二叠纪晚期一直延续到白垩纪晚期。它们与现生蝉类有着密切的亲缘关系，形态特征和飞行机制相似。在中生代，古蝉非常繁盛，留下了大量的化石记录，因此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，首次构建了古蝉类的系统发育关系，并利用形态空间等数学方法定量分析它们的演化模式和规律。研究结果表明，古蝉在从中生代早期到晚期的演化过程中，发生了显著的形态变化。研究发现早期古蝉的翅膀近似椭圆形，而后翅相对较大；而晚期古蝉的翅膀则近似三角形，后翅较小，中胸较大。关于翅脉的形态空间分析也进一步表明，早期古蝉和晚期古蝉的翅脉结构也有较大的差异。

这些形态变化不仅仅是外观上的改变，它们直接影响了古蝉的飞行能力。为了能定量评估古蝉飞行性能，古生物学家与空气动力学专家一起构建了古蝉的空气动力学模型。通过测量古蝉的前翅翅长、弦长、面积等形态学数据，研究人员计算出了翅载荷、翅展弦比和飞行肌肉占比等参数。结果表明，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，飞行肌肉占比提高了19%，前翅展弦比提高了15%。这些数据表明，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，迅速占据了森林中的生态位。这些早期鸟类多为食虫性，体型硕大的古蝉成为了它们的理想食物。因此，古蝉的演化很可能受到了早期鸟类繁盛的定向选择压力，促进了古蝉的类群演替。这一发现，不仅为我们揭示了鸟类早期辐射事件对昆虫演化的影响，也为探究捕食者与被捕食者间的协同演化提供了一个经典例子。

这项研究不仅揭示了古蝉飞行能力的进化历程，更为重要的是，它为中生代的“飞行竞赛”假说提供了有力证据。在地球历史上，不同飞行生物之间的竞争和协同演化，塑造了复杂的空中生态系统。古蝉的演化历程，为我们理解这种生态系统的形成和演变提供了重要线索。

这项研究由南京古生物所、古脊椎所、临沂大学、德国耶拿大学、荷兰瓦赫宁根大学、美国自然历史博物馆、英国自然历史博物馆共同完成，相关研究成果10月26日在线发表于《科学进展》（Science Advances）上。研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和德国洪堡学者基金的支持。

古蝉的“飞行竞赛”不仅是一场生存的较量，也是一场进化的奇迹，更影响了古蝉的演化，也重塑了当时的空中生态系统。古蝉让我们对生命演化的复杂性和多样性有了更深的认识。也让我们对地球生命的历史有了更加丰富的理解。