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一億年前的獨角蟻,竟會設陷阱捕食

2020-08-12 科技日報 張曄
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科學家從緬甸琥珀中發現的獨角蟻 受訪者供圖

  獨居,長著“大牙”,頭上還有“角”,并且學會設陷阱捕食……人們很難想象,弱小的螞蟻在一億年前竟如此“強悍”,堪稱螞蟻中的“戰斗蟻”。

  2016年,中科院南京地質古生物研究所王博研究員與法國科研人員在白堊紀琥珀中報道了一類獨角蟻(屬于黑帝斯蟻)化石。該類螞蟻具有一對鐮刀狀大牙(大顎);其唇基向上延長,在頭上形成一個獨特的“角”。

  此后,多個國際研究團隊在緬甸琥珀中又發現了近10種獨角蟻。但該類螞蟻是如何演化而來的?它們是如何利用大牙和角進行捕食的?這些問題一直是大家期待解開的謎團。

  記者從中科院南京地質古生物研究所獲悉,美、法、中3國科研人員展開合作研究,確認了黑帝斯蟻特化的“陷阱—大顎”式捕食機制,并厘清了該類群的演化歷史。相關研究成果近日在線發表于《當代生物學》雜志。

  與眾不同的黑帝斯蟻

  螞蟻是最成功的社會性昆蟲,在現代陸地生態系統中扮演了重要角色。早在《物種起源》一書中,達爾文在介紹社會性昆蟲中的不育工蟻時寫道:“(不育工蟻的存在)實際上對我的整個理論是致命的?!?/p>

  自達爾文時代以來,許多研究人員從不同角度對螞蟻的社會行為起源進行了深入研究,取得了很大進展。但由于化石證據匱乏,人類對螞蟻早期形態和生態演化仍然不甚了解。

  長期以來,學界普遍認為早期螞蟻的形態和生態較為單一。而近幾年,各國學者從白堊紀琥珀中發現了一系列的原始螞蟻(例如駝蟻、魔蟻),極大改變了我們對早期螞蟻演化歷史的認識。

  2016年,王博團隊與美、法等國科學家合作,對2000余枚來自法國和緬甸的螞蟻琥珀進行調查研究,首次發現了這種具有大顎的捕食性螞蟻——黑帝斯蟻。該類螞蟻具有一對近乎頭部2倍長的巨型鐮刀狀大牙(大顎),其唇基中部向上延伸,形成一個獨特的“角”,極像獨角獸,因此得名為“獨角蟻”。

  如此特化的頭部結構是首次在螞蟻中發現?,F生螞蟻3個亞科中部分類群也演化出了類似的捕捉機制,但它們的大顎都是橫向運動,而獨角蟻的大顎卻是垂直運動。

  這種奇怪的獨角蟻為什么要長出一個長長的“角”呢?這種“角”究竟起到什么作用?當時,王博等科學家推測認為,角或許是為了配合大顎對獵物進行捕食。

  形態學研究確認捕食機制

  該研究團隊對所有黑帝斯蟻頭部進行形態解剖學分析,結合一枚特殊的捕食標本,從形態功能學上確認黑帝斯蟻采用的“陷阱—大顎”式捕食機制。

  這獨特的、看似纖細的“角”,正是幫助黑帝斯蟻捕食相對大型獵物的極具殺傷力武器。黑帝斯蟻利用“角”尖的球狀毛囊及“角”外側的感覺毛,感知和接近獵物。一旦觸碰到獵物,其嘴下部的一對大牙迅速向上抬起,與上面的“角”配合,上下共同發力,死死夾住獵物,使獵物再無逃生可能,這一捕捉機制與生活中利用夾子夾東西的原理相似。

  研究團隊建立了化石螞蟻形態學數據庫,并選取了46個滅絕和現生螞蟻的代表類群進行系統發育分析。結果表明黑帝斯蟻(包括其他獨角蟻)形成了一個很好的單系類群,可能是已知最原始的螞蟻類群。所有黑帝斯蟻的角是同源的,但“延長的角”在黑帝斯蟻中獨立演化了兩次。

  研究團隊進一步選取了112種現生和滅絕螞蟻的代表類群進行了形態測度學分析,發現黑帝斯蟻占據了一個獨特的形態空間,與其他化石和現生螞蟻類群明顯不同,而且獨角蟻不同類群也擁有差異巨大的頭型(包括角和大顎),可能專門捕食不同的獵物。

  這次的研究發現,獨角蟻的大顎和角共同演化,形成了一套精密的耦合系統。獨角蟻特化的捕食行為進一步驅動了該類群的輻射演化。盡管獨角蟻在白堊紀中期十分繁盛,但在白堊紀后期逐漸滅絕,并與其它原始螞蟻一起被現代螞蟻類群取代。

打印 責任編輯:侯茜

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