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《当代生物学》(Current Biology)杂志:特化的捕食行为驱动了早期蚂蚁的辐射演化

黑帝斯蚁(包括独角蚁)的头部素描图(杨定华绘)

黑帝斯蚁(包括独角蚁)的头部素描图(杨定华绘)

蚂蚁的系统发育关系

蚂蚁的系统发育关系

不同蚂蚁的形态空间分析

不同蚂蚁的形态空间分析

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:蚂蚁是最成功的社会性昆虫,在现代陆地生态系统中扮演了重要角色。蚂蚁的起源和早期演化吸引了许多人的关注。长期以来,学界普遍认为早期蚂蚁的形态和生态较为单一。而近几年,各国学者从白垩纪琥珀中发现了一系列的原始蚂蚁(例如驼蚁、魔蚁),极大改变了我们对早期蚂蚁演化历史的认识。

2016年,中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员与法国科研人员在白垩纪琥珀中报道了一类独角蚁(属于黑帝斯蚁)化石。该类蚂蚁具有一对镰刀状大牙(大颚);其唇基向上延长,在头上形成一个独特的“角”。此后,国际多个研究团队从缅甸琥珀中陆续发现了近十种独角蚁,引起了广泛关注。但该类蚂蚁是如何演化出来的?它们是如何利用大牙和角进行捕食的?这些问题一直是大家期待解开的谜团。

近期,美、法、中三国科研人员合作,对已报道的独角蚁及相关的现生和灭绝类群进行了详细的形态测度学、功能形态学和系统发育分析,确认了黑帝斯蚁特化的“陷阱-大颚”式(trap-jaw)的捕食机制,并厘定了该类群的演化历史。研究成果近期在线发表于《当代生物学》(Current Biology)杂志。

该研究团队对所有黑帝斯蚁头部进行形态解剖学分析,结合一枚特殊的捕食标本,从形态功能学上确认黑帝斯蚁采用的“陷阱-大颚”式捕食机制。研究团队建立了化石蚂蚁形态学数据库,并选取了46个灭绝和现生蚂蚁的代表类群进行系统发育分析。结果表明黑帝斯蚁(包括独角蚁)形成了一个很好的单系类群,可能是已知最原始的蚂蚁类群。所有黑帝斯蚁的角是同源的,但“延长的角”在黑帝斯蚁中独立演化了两次。

研究团队进一步选取了112个现生和灭绝蚂蚁的代表类群进行了形态测度学分析,发现黑帝斯蚁占据了一个独特的形态空间,与其他化石和现生蚂蚁类群明显不同,而且独角蚁不同类群也拥有差异巨大的头型(包括角和大颚),可能专门捕食不同的猎物。

本研究发现独角蚁的大颚和角共同演化,形成了一套精密的耦合系统。独角蚁特化的捕食行为进一步驱动了该类群的辐射演化。尽管独角蚁在白垩纪中期十分繁盛,但在白垩纪后期逐渐灭绝,并与其他原始蚂蚁一起被更进步的现代蚂蚁类群取代。

中国科学院南京地质古生物研究所的绘画师杨定华绘制了二维和部分三维复原图。

该项研究得到中国科学院和国家自然科学基金委项目的资助。

相关论文:Barden P.*, Perrichot V.*, Wang Bo* (2020) Specialized predation drives aberrant morphological integration and diversity in the earliest ants. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.06.106.




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