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)中重要角色。二疊紀(jì)末的大滅絕事件導(dǎo)致了陸地生態(tài)系統(tǒng)的崩潰，盡管許多學(xué)者基于化石、現(xiàn)生形態(tài)學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)等證據(jù)分別做了深入探討，但迄今學(xué)界對(duì)此時(shí)期昆蟲的演化過程爭議頗大，進(jìn)而導(dǎo)致我們對(duì)于昆蟲對(duì)大滅絕的影響機(jī)制知之甚少。

近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所碩士研究生趙顯燁在王博研究員指導(dǎo)下，與中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所余逸倫博士生以及俄、美等國科研人員合作，依托古生物所大數(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(duì)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(jìn)行了綜合分析，重建了甲蟲的早期演化歷史。本研究發(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過程，為昆蟲對(duì)大滅絕事件的響應(yīng)提供了新的見解。研究成果近期發(fā)表于《eLife》。

本研究厘定了甲蟲部分關(guān)鍵類群，分別統(tǒng)計(jì)了自然類群、形態(tài)類群及混合類群的物種數(shù)，并基于全延限假設(shè)，計(jì)算得到了分類多樣性變化曲線?；谛碌南到y(tǒng)發(fā)育矩陣，采用最大簡約法構(gòu)建了早期甲蟲的系統(tǒng)發(fā)育樹。建立了甲蟲鞘翅形態(tài)數(shù)據(jù)庫，利用與主坐標(biāo)分析和非度量性多維標(biāo)度變換，基于多種形態(tài)歧異度指標(biāo)定量分析了早二疊世至中三疊世甲蟲形態(tài)差異的變化。

研究結(jié)果表明，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。晚二疊世其多樣性與形態(tài)歧異度解耦，多樣性的增加并未伴隨著形態(tài)歧異度的顯著變化。二疊紀(jì)末大滅絕事件后，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（即煤層缺失帶，“Coal Gap”）時(shí)間一致，表明蛀食性甲蟲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(shí)間相一致。此時(shí)期，甲蟲類群也逐漸完成了從古生代類群（基干類群為主）到中生代類群（多食亞目為主）的轉(zhuǎn)換。

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(chǔ)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(duì)森林枯木分解貢獻(xiàn)率平均為29%，年排碳量約為3.2 ± 0.9 Pg。甚至在短時(shí)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Ｈ欢?，地質(zhì)歷史時(shí)期昆蟲對(duì)全球碳循環(huán)及氣候的影響被長期忽略。古生代陸生植物大輻射伴隨著巨量碳儲(chǔ)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。但大氣氧含量在石炭紀(jì)達(dá)到頂峰后下降的原因尚存爭議。近期，新的地球化學(xué)模型提出二疊紀(jì)陸地植食性動(dòng)物對(duì)碳埋藏的限制可能是大氣氧含量下降的主要驅(qū)動(dòng)力。在二疊紀(jì)，相對(duì)于甲螨、脊椎動(dòng)物等植食性生物，蛀食性甲蟲是更為重要的木材分解者。這些甲蟲通過與微生物（例如真菌）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(gè)主要驅(qū)動(dòng)力。

本研究首次利用形態(tài)歧異度等指標(biāo)對(duì)昆蟲化石進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，基于大數(shù)據(jù)以及多指標(biāo)、多種模型的聯(lián)合分析有助于我們更好地揭示地質(zhì)歷史時(shí)期生物的演化規(guī)律和可能的驅(qū)動(dòng)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。