昆虫祖先竟会“游泳”

江苏科学家发现3.24亿年前已知最古老昆虫

8月26日，一项改写昆虫演化史的研究成果在线发表于国际顶级期刊《自然》。中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳团队联合英国、美国、西班牙等国学者，报道了一件距今约3.24亿年的昆虫化石——先驱乔昔虫。这是目前已知最古老、最可靠的昆虫化石之一，填补了长达8000万年的演化空白。

“昆虫是当今地球上物种多样性最高的动物，已知超过100万种，但它们的祖先长什么样、什么时候登上陆地，长期以来几乎是个谜。”蔡晨阳告诉记者。

这件化石产自美国得克萨斯州，体长约3.2厘米，尾部三根尾丝展开后总长近5厘米。它长着昆虫标志性的一对触角、胸部三对步行足和尾部三根尾丝，但腹部却保留着现生昆虫已经退化消失的分节附肢，后部几对附肢还特化成了“桨”的形状。

“这些桨状结构显然可以帮助它在水中游泳，和虾腹部的游泳足非常相似。”蔡晨阳解释说，“这说明最早期的昆虫并不是一上岸就完全脱离了水，而是经历了一个漫长的半水生、两栖过渡阶段。”

这一发现直接挑战了学界的传统认知。此前普遍认为，昆虫登陆后很快就演化出完全陆生的身体结构。而先驱乔昔虫证明，昆虫从水生甲壳动物到陆生六足动物的演化是循序渐进的——胸部先长出适合陆地行走的足，腹部的游泳足则逐渐退化、消失，最终形成今天昆虫的身体模式。

长期以来，古生物学界存在一个著名的“六足动物空缺期”。分子钟推算，昆虫早在寒武纪至奥陶纪就与海洋甲壳动物分道扬镳，但全球已发现的无争议昆虫化石只追溯到约3.2亿年前，而且那已经是一种有翅膀的昆虫。从4.05亿年前的六足动物化石到3.2亿年前的有翅昆虫之间，存在长达8000万年的化石记录空白。“就像拼图一样，中间缺了最关键的一块。”蔡晨阳说，“按照演化逻辑，在有翅昆虫之前，应该先存在一种没有翅膀的原始昆虫，但过去一直没有找到可靠的化石证据。”

先驱乔昔虫恰好补上了这块拼图。它是一种无翅昆虫，位于整个昆虫演化树最基部的位置，比此前最早的有翅昆虫化石早了约400万年，在身体构造上填补了从水生甲壳动物到陆生昆虫的中间环节。

有意思的是，这件化石早在1985年就被美国学者采集到了，但长期被误认为是一种甲壳动物的幼体。2011年，一位德国学者在论文中提出疑问，认为这件“幼体标本”可能属于另一种节肢动物，但此后十余年无人继续深究。

转机出现在2019年。当时还在读高三的捷克学生Erik Tihelka主动给在英国当国际学者的蔡晨阳写邮件，希望合作研究昆虫化石。“他那时候经常坐三四个小时火车转汽车来找我讨论研究，还会给我带中国店里的奶茶。”蔡晨阳笑着回忆。

正是这位当年的“高中生爱好者”，后来亲自前往美国、英国、加拿大的博物馆，重新检视所有可能与早期昆虫有关的化石标本。他使用交叉偏振光成像技术，让原本深埋在深色岩石中、普通光线下几乎看不清的昆虫结构清晰显现——触角、足、腹部附肢、尾丝逐一浮出。“交叉偏振光就像给化石照了一张负片，暗的地方变亮，很多细节就出来了。”蔡晨阳说。

研究团队还重新研究了英国早泥盆世燧石生物群和美国晚石炭世马宗溪生物群中的几件神秘六足动物化石，将它们与先驱乔昔虫放在一起进行系统发育分析，证实这些化石共同构成了原始的昆虫基干类群，彻底串联起早期昆虫的演化谱系。

“我们的化石保存了触角、躯干、三对胸足、腹部分节、腹部附肢和尾部结构，大量特征可以用于系统发育分析，所以结论比较扎实，被完全推翻的可能性较小。”蔡晨阳说。

他特别提到，自20世纪30年代以来，《自然》杂志只发表过六篇直接讨论昆虫早期起源的文章，其中两篇的主要结论后来已被推翻。“一件是被误认为昆虫的多足动物颚部，另一件是比利时发现的后来被认为可能是腐烂甲壳动物的标本。”蔡晨阳说，“相比之下，我们的标本保存信息完整得多。”

“昆虫的陆地殖民不是一次跨越式的跳跃，而是一场漫长的两栖跋涉。”蔡晨阳说，“先驱乔昔虫告诉我们，在彻底征服陆地之前，昆虫的祖先曾在水陆之间徘徊了很久。而这段被遗忘的3.24亿年旅程，今天终于有了化石为证。”

(记者 张宣)