異态性是動物進化中最成功的生存政策之一。昆蟲作為地球上最豐富的物種,已經進化出豐富多樣的拟人化物種群,如模拟枯葉的枯葉蝴蝶,模拟蘭花的蘭花螳螂,模拟樹枝的竹蟲等。然而,昆蟲形态的起源和進化仍不明朗,形态學研究已成為生物學研究中的熱點和難點。近日,中國科學院微生物研究所魏江春研究小組項目研究員魏新麗與首都師範大學王永傑聯合發表了一篇關于eLife的研究論文《中生代花邊翅膀中的地衣模仿》,該論文在1.65億年前的地衣中發現了最古老的昆蟲,揭示了最早的昆蟲形狀地衣的自我保護機制。
地衣是真菌和藻類或藍色細菌的共生體,最初被認為屬于植物,因為它們的類似植物的葉子形狀,後來的研究發現它們的形狀主要由真菌作為主體控制,它們被歸類為真菌。地衣通常附着在樹皮,岩石和土壤等表面上,從極地到熱帶地區廣泛分布,占地球陸地表面的7%。地衣被稱為"先驅生物",因為它們分泌的地衣酸等物質會腐蝕岩石并促進表層土壤層的形成。在現代生态系統中,地衣酸的分泌使許多動物不願意接近地衣,是以地衣和地衣耐受性動物形成了一個複雜而特殊的微生态系統,地衣和地衣昆蟲是最具代表性的關系之一,如19世紀的"工業變黑現象",工業革命造成了大量的污染,地衣在樹皮上的消亡, 導緻淺色尺子的僞裝地衣更容易被鳥類捕食,深色尺子的數量增加;經過大量的地衣修複,淺色尺的數量增加,被稱為"達爾文進化在行動"。
學術界對昆蟲樣地衣的起源和早期進化仍然缺乏研究,解決這個問題的關鍵是在較老的地層中找到地衣和類似的昆蟲。過去報道的最早的疑似地衣化石是在大約4億年前的早期泥盆地地層中發現的,但它們的分類位置一直值得懷疑。研究活地衣的學者認為,真正的大型地衣并不早于6500萬年前出現。王永傑的團隊與魏新麗合作,研究了老年中胚層是否有較大的地衣和昆蟲的問題。利用化石切片和掃描電子顯微鏡技術,對内蒙古甯城市縣侏羅紀燕寮蟲群中發現的疑似地衣化石道胡格氏體進行了研究,發現其是真菌細絲和藻類細胞的關鍵結構及其纏結。它表明,D.ciliiferus是真菌和藻類細胞的共生群,具有地衣性質的确鑿證據,是迄今為止發現的最早的大型地衣化石,使大地衣的出現提前了近1億年,為研究地衣的早期進化提供了新的證據。
該研究發現了一種脈動昆蟲,與地衣化石D. Ciliiferus相同:苔藓溶脹。對比分析表明,其鳍斑與D. Ciliiferus的葉形非常相似;通過對昆蟲鳍斑寬度和D.ciliiferus化石葉狀體寬度的随機測量和統計分析,結果表明該昆蟲與地衣高度相似;在Lang's Window Creek附近 Thyridosmylus paralangii是一類生活在潮濕,苔藓和地衣環境中的有鳍昆蟲,與環境具有很好的一緻性;是以,侏羅紀地衣通過模拟D. Ciliiferus獲得了生存優勢,這是有史以來發現的最古老的昆蟲模拟地衣的第一個例子,這有助于研究化石昆蟲樣地衣,并證明了1.65億年前昆蟲和地衣之間的複雜互相作用。
首都師範大學生命科學學院博士生方輝是該論文的第一作者,微生物研究所魏江春集團項目研究員魏新麗,首都師範大學副教授王永傑和教授劉佳熙是該論文的共同作者。該研究成果由教育部創新團隊項目、國家自然科學基金、北京市自然科學基金項目和一師大學交叉研究院資助。

圖 1.Daohugouthallus ciliiferus的切片掃描電子微觀結構。A.苔藓皮質結構,B-H。真菌細絲纏繞或粘合綠藻細胞
圖 2.地衣狀昆蟲化石的照片和線圖
圖 3.地衣化石照片以及昆蟲鳍斑點和地衣葉狀體的統計結果
圖 4.地衣之美生态修複地圖