新化石揭示的蝉的早期进化

缅甸北部克钦琥珀中蝉总科化石的成虫、末龄若虫和蜕皮。石揭示a）euno talia emer yi gen . et spb）Cretotettigarcta问题梳子。早期11月c日）Cretotettigarcta shcherbakovi sp。进化11月d日）平行世界。新化艾西发电有限公司11月e日）男性背部视图。石揭示f）女性的早期背部视图。g）雄性的进化腹部视图。h）雌性的新化腹部视图。I）蝉总科第1种末龄若虫的石揭示左视图。j–m）决赛-若虫exuviae。早期若虫种，进化左视图。新化若虫。石揭示3、早期右视图。若虫。4、腹侧视图。m）若虫5、左视图。学分:uux.cn/自然通讯（2024年）。DOI: 10.1038/s41467-023-44446-x
（神秘的地球uux.cn）据中国科学院（张楠楠）：为了阐明蝉总科化石的早期演化历史、中生代化石与现存蝉总科之间的系统发育关系、身体结构适应的宏观演化及其与环境变化的关系，江蕙博士在Profs的指导下。中国科学院南京地质古生物研究所的王波和张海春与合作者一起进行了一项合作蝉研究。
研究结果发表在《自然通讯》上。
蝉，这里指的是蝉总科，以其声音产生系统的进化、特殊的长期地下习性以及在文化、生活和科学研究中广泛存在的象征性属性和实用性而闻名。现存的蝉总科包括全球分布的蝉科，通常被称为真蝉/鸣蝉，以及仅在澳大利亚发现的孑孓科，俗称毛蝉。
目前，最早的蝉总科化石发现于三叠纪。所有中生代（大约2.52亿至6600万年前）的蝉总科化石传统上根据一些独特而保守的形态特征分为蝉科和螽斯科。然而，这种将中生代化石直接归入现代分类群的做法可能会忽略化石在追溯其早期进化路径中所提供的独特和过渡性特征的作用。
在这项研究中，研究人员首次研究了化石蝉总科和现存蝉总科的系统发育关系。他们发现中生代蝉总科化石包括茎蝉、茎螽斯和茎蝉。一些以前被归类为螽斯科的中生代化石实际上可能在系统发育上更接近现代蝉科。蝉科和螽斯科的分支可能在中侏罗世或之前分化。由于保存问题，昆虫化石的分类往往依赖于保存的部分形态特征。
他们对成虫和若虫的部分结构（如翅膀、非翅膀身体部分和若虫腿）进行了形态分析，以将细微的连续形态变化与分类和系统发育结果进行比较，并揭示了昆虫化石中的特化同源结构可能包含以前忽略的可识别过渡变异。
对这些连续形态变化的进一步研究可以更准确地理解时空变化对形态演化的影响，并进一步阐明宏观演化的模式。例如，头部和阴唇的变化可能反映了寄主植物变化引起的取食压力引起的抗性适应。此外，胸背板的变化以及翅膀脉络和轮廓的变化可能表明飞行肌肉和能力的进化。头部和胸部的变化也可以量化和比较。
发声对许多动物来说是一种重要的交流方式。现代蝉科物种可以产生昆虫中最大的声音，通过tymbal机制达到近120分贝。相比之下，螽斯科动物通过基底传递更细微的振动信号进行交流，缺乏产生响亮声音的能力。蝉科和螽斯科之间不同的发声机制引发了人们对它们声学结构和行为最初进化的好奇。
在保存于雄性和雌性标本中的所有中生代蝉茎组中都发现了Tymbals。这是首次在蝉总科化石中识别出tymbal结构，在化石记录中捕获了这种通信方法。大多数相对完整的化石缺乏复杂的声音产生和听觉系统的元素，这表明白垩纪中期的蝉可能依赖基底传播的振动进行交流，而不是产生或感知高分贝的歌曲。
此外，在一些情况下，在化石中发现了tymbal肌肉和腹腔，以及保存的气管、飞行肌肉和马普氏管，这表明了与现代鸣蝉腹部相似的固有腹腔和共鸣能力的可能性。
因此，研究人员提出了另一种假设:某些白垩纪中期的蝉亚目群体可能产生了比基质传播的振动更大的声音。无论如何，与现代鸣蝉相比，蝉总科物种可能在中生代的大部分时间里相对沉默。
他们还报告了白垩纪中期克钦琥珀中已知最古老的蝉总科若虫和壳虫化石。这些若虫化石惊人强壮的前足化石与现代蝉化石相似，表明它们具有相似的行为和强大的挖掘、土壤运输和地下生活能力。蝉若虫和成虫化石显示出明显的生态位和生存策略，从地下根部取食明显转向地上茎干取食。
在化石中很少有根部进食的证据。然而，具有专门挖掘前腿的蝉若虫化石表明了这种行为。这种地下生活方式可能提供了生存优势，使蝉若虫能够在地下度过更长的时间。
研究人员还检查了化石记录中节肢动物的根系进食情况。鉴于克钦琥珀中的成年和若虫蝉总科化石以及中侏罗世道虎沟矿床中丰富的成年化石，很明显中生代中期蝉总科表现出独特的生命阶段生态位，有助于生物量从地下转移到地上，并以类似于现代同类的方式影响生态系统。