大數(shù)據(jù)分析表明昆蟲多樣性與碳排放密切關(guān)聯(lián)

科技日報南京11月10日電 (記者張曄)目前人為的全球變暖與毀林事件導(dǎo)致森林昆蟲多樣性不斷下降，歷史上有沒有發(fā)生過類似的事情呢？中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科學(xué)家通過建立全球甲蟲化石形態(tài)數(shù)據(jù)庫，深入研究了二疊紀(jì)末大滅絕前后森林變化與甲蟲演化的關(guān)系，為我們提供了新的見解。研究成果發(fā)表于最新一期英國綜合性學(xué)術(shù)期刊eLife上。

昆蟲作為現(xiàn)今地球上多樣性最高的生物，自石炭紀(jì)開始繁盛，在二疊紀(jì)已成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要角色。二疊紀(jì)末發(fā)生了地質(zhì)歷史上規(guī)模最大的生物滅絕事件，導(dǎo)致了陸地生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。迄今學(xué)界對此時期昆蟲的演化過程爭議頗大，進而導(dǎo)致我們對于昆蟲對大滅絕的響應(yīng)機制知之甚少。

科學(xué)家在中科院南京地質(zhì)古生物所大數(shù)據(jù)中心建立了全球甲蟲(昆蟲綱：鞘翅目)化石形態(tài)數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上，利用多種數(shù)學(xué)模型對早二疊世至中三疊世甲蟲的分類多樣性、形態(tài)歧異度、系統(tǒng)發(fā)育和生態(tài)習(xí)性進行了綜合分析，重建了甲蟲的早期演化歷史。研究發(fā)現(xiàn)，大滅絕事件(特別是去森林化)明顯影響了甲蟲的早期演化歷程。

研究表明，隨著早、中二疊世甲蟲干群的輻射，其多樣性與形態(tài)歧異度同步增加。在二疊紀(jì)末大滅絕事件后，早三疊世的甲蟲蛀食性干群近乎完全滅絕，多樣性、形態(tài)歧異度皆明顯降低。早三疊世蛀食性甲蟲化石記錄的空白與森林生態(tài)系統(tǒng)的崩潰時間(即無煤期)大致吻合，表明蛀食性甲蟲的滅絕可能源于去森林化作用所造成的棲息環(huán)境的消失。中三疊世甲蟲類群明顯恢復(fù)，新的蛀食性甲蟲類群再次廣泛出現(xiàn)，這也與森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)時間相一致。

現(xiàn)代自然界中，昆蟲在陸地碳循環(huán)中扮演著重要的角色。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲庫，植食性昆蟲通過分解木質(zhì)組織，將光合作用固定的碳以二氧化碳形式返回于大氣?，F(xiàn)今昆蟲對森林枯木分解貢獻率平均為29%。甚至在短時間內(nèi)，植食性甲蟲的爆發(fā)足以讓森林從碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚础?/p>

古生代陸生植物大輻射伴隨著巨量碳儲存和氧氣釋放，這被認(rèn)為是同期大氣氧含量上升的主導(dǎo)因素。在二疊紀(jì)，蛀食性甲蟲成為重要的木材分解者。這些甲蟲通過與微生物的相互作用顯著提高了木材的降解速率。因此，二疊紀(jì)蛀食性甲蟲的輻射可能是二疊紀(jì)大氣氧含量下降的一個主要驅(qū)動力。

當(dāng)今，人類造成的全球變暖與毀林事件導(dǎo)致森林昆蟲多樣性不斷下降，與二疊紀(jì)末期滅絕事件十分相似。本研究或許有助于我們更好地了解未來昆蟲將如何響應(yīng)全球氣候的變化。