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大数据分析表明昆虫多样性与碳排放密切关联

2021-11-12 13:56来源: 科技日报编辑:遥城
  目前人为的全球变暖与毁林事件导致森林昆虫多样性不断下降,历史上有没有发生过类似的事情呢?中国科学院南京地质古生物研究所科学家通过建立全球甲虫化石形态数据库,深入研究了二叠纪末大灭绝前后森林变化与甲虫演化的关系,为我们提供了新的见解。研究成果发表于最新一期英国综合性学术期刊eLife上。
  昆虫作为现今地球上多样性最高的生物,自石炭纪开始繁盛,在二叠纪已成为陆地生态系统中的重要角色。二叠纪末发生了地质历史上规模最大的生物灭绝事件,导致了陆地生态系统的崩溃。迄今学界对此时期昆虫的演化过程争议颇大,进而导致我们对于昆虫对大灭绝的响应机制知之甚少。
  科学家在中科院南京地质古生物所大数据中心建立了全球甲虫(昆虫纲:鞘翅目)化石形态数据库,在此基础上,利用多种数学模型对早二叠世至中三叠世甲虫的分类多样性、形态歧异度、系统发育和生态习性进行了综合分析,重建了甲虫的早期演化历史。研究发现,大灭绝事件(特别是去森林化)明显影响了甲虫的早期演化历程。
  研究表明,随着早、中二叠世甲虫干群的辐射,其多样性与形态歧异度同步增加。在二叠纪末大灭绝事件后,早三叠世的甲虫蛀食性干群近乎完全灭绝,多样性、形态歧异度皆明显降低。早三叠世蛀食性甲虫化石记录的空白与森林生态系统的崩溃时间(即无煤期)大致吻合,表明蛀食性甲虫的灭绝可能源于去森林化作用所造成的栖息环境的消失。中三叠世甲虫类群明显恢复,新的蛀食性甲虫类群再次广泛出现,这也与森林生态系统的恢复时间相一致。
  现代自然界中,昆虫在陆地碳循环中扮演着重要的角色。森林是陆地生态系统中最大的碳储库,植食性昆虫通过分解木质组织,将光合作用固定的碳以二氧化碳形式返回于大气。现今昆虫对森林枯木分解贡献率平均为29%。甚至在短时间内,植食性甲虫的爆发足以让森林从碳汇转变为碳源。
  古生代陆生植物大辐射伴随着巨量碳储存和氧气释放,这被认为是同期大气氧含量上升的主导因素。在二叠纪,蛀食性甲虫成为重要的木材分解者。这些甲虫通过与微生物的相互作用显著提高了木材的降解速率。因此,二叠纪蛀食性甲虫的辐射可能是二叠纪大气氧含量下降的一个主要驱动力。
  当今,人类造成的全球变暖与毁林事件导致森林昆虫多样性不断下降,与二叠纪末期灭绝事件十分相似。本研究或许有助于我们更好地了解未来昆虫将如何响应全球气候的变化。(记者张晔)