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，自石炭紀開始繁盛，在二疊紀已成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要角色。二疊紀末發(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，這被認為是同期大氣氧含量上升的主導(dǎo)因素。在二疊紀，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，二疊紀蛀食性甲蟲的輻射可能是二疊紀大氣氧含量下降的一個主要驅(qū)動力。

當今，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。