古蟬的“飛行競賽”：中生代天空的進化奇蹟_風聞

在遙遠的中生代，天空中上演了一場激烈的“飛行競賽”。這場競賽的參與者包括了翼龍、鳥類，還有一類我們可能不太熟悉的巨大昆蟲——古蟬類。這些古蟬，翅展可達近15釐米，是當時空中生態系統的重要組成部分。

最近，中國科學院南京地質古生物研究所、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等合作，通過形態空間和空氣動力學分析，為我們揭開了古蟬飛行能力的演化之謎。相關研究成果10月26日在線發表於《科學進展》（Science Advances）。

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飛行的起源與演化

在中生代，飛行不僅僅是一種生存方式，更是動物界的一項偉大創新，為飛行動物提供了巨大的生存優勢。在已知的動物中，只有昆蟲、翼龍、鳥類和蝙蝠演化出了主動飛行的能力。

昆蟲是最早的飛行者，它們的飛行策略和生態適應性極高。然而，由於重建滅絕昆蟲的飛行能力非常困難，我們對昆蟲飛行能力的演化歷史瞭解有限。直到最近，科學家們通過對古蟬開展形態空間和空氣動力學分析，為我們提供了新的視角。

古蟬類是中生代的代表性樹棲昆蟲，它們的生存時限從晚二疊世一直延續到晚白堊世。它們與現生蟬類有着密切的親緣關係，形態特徵和飛行機制相似。在中生代，古蟬非常繁盛，留下了大量的化石記錄，因此是探究昆蟲飛行能力演化的理想類羣。

▲中生代鳥類與古蟬之間“飛行競賽”的生態復原圖：復原了中生代鳥類與古蟬之間的“飛行競賽”，展現了當時空中生態系統的複雜性與競爭關係

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飛行能力的飛躍

科學家們通過檢視全球的古蟬化石，建立了綜合形態特徵數據庫，首次構建了古蟬類的系統發育關係，並利用形態空間等數學方法定量分析它們的演化模式和規律。

研究結果表明，古蟬在從中生代早期到晚期的演化過程中，發生了顯著的形態變化。研究發現早期古蟬的翅膀近似橢圓形，而後翅相對較大；而晚期古蟬的翅膀則近似三角形，後翅較小，中胸較大。關於翅脈的形態空間分析也進一步表明，早期古蟬和晚期古蟬的翅脈結構也有較大的差異。

▲早期古蟬與晚期古蟬的對比圖：展示了古蟬從早期到晚期的形態變化，從近似橢圓形的翅膀到近似三角形的翅膀，反映了古蟬在飛行能力上的演化

▲古蟬前翅翅脈結構的形態空間分析圖：通過分析古蟬前翅翅脈結構的形態空間，揭示了古蟬在形態上的演化趨勢

這些形態變化不僅僅是外觀上的改變，它們直接影響了古蟬的飛行能力。為了能定量評估古蟬飛行性能，古生物學家與空氣動力學專家一起構建了古蟬的空氣動力學模型。

通過測量古蟬的前翅翅長、弦長、面積等形態學數據，研究人員計算出了翅載荷、翅展弦比和飛行肌肉佔比等參數。結果表明，晚期古蟬的翅載荷提高了92%，飛行肌肉佔比提高了19%，前翅展弦比提高了15%。這些數據表明，晚期古蟬具有更快的飛行速度和更高的飛行效率。

這些發現不僅讓我們對古蟬的飛行能力有了更深入的瞭解，也為中生代的“飛行競賽”假説提供了有力的證據。

▲古蟬前翅翅形的形態空間分析與飛行能力計算圖：展示了古蟬翅形的演化以及飛行能力的定量評估，説明了古蟬飛行能力的顯著提升

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鳥類的崛起與古蟬的演化

在晚侏羅世到早白堊世之間，早期鳥類經歷了顯著的輻射事件，迅速佔據了森林中的生態位。這些早期鳥類多為食蟲性，體型碩大的古蟬成為了它們的理想食物。

因此，古蟬的演化很可能受到了早期鳥類繁盛的定向選擇壓力，促進了古蟬的類羣演替。這一發現，不僅為我們揭示了鳥類早期輻射事件對昆蟲演化的影響，也為探究捕食者與被捕食者間的協同演化提供了一個經典例子。

古蟬的“飛行競賽”不僅是一場生存的較量，也是一場進化的奇蹟，更影響了古蟬的演化，也重塑了當時的空中生態系統。古蟬讓我們對生命演化的複雜性和多樣性有了更深的認識。也讓我們對地球生命的歷史有了更加豐富的理解。

▲古蟬的系統發育關係圖：揭示了古蟬類羣的演化歷程，從並系的早期古蟬到單系的晚期古蟬，展現了古蟬在中生代的繁盛與演化

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結語

古蟬的演化告訴我們，生物的形態和能力總是在不斷適應環境的變化。古蟬通過形態和飛行能力的演化，成功適應了環境變化，成為了中生代空中的佼佼者。

這場中生代的“飛行競賽”雖然已經結束，但它留給我們的，是對生命演化無盡的好奇和探索。