近日，中國科學院南京地質古生物研究所牽頭研究團隊對位於陝西和新疆的兩個三疊紀昆蟲化石群開展了深入研究，不僅發現了一些現生昆蟲的最早化石記錄，也為同時期昆蟲群對比提供了時代參考，證實了全變態昆蟲和水生昆蟲在約2.37億年前的三疊紀中、晚期經歷了快速輻射和多樣化。該研究於近日在線發表於美國《科學》雜誌子刊《科學進展》（Science Advances）。
二疊紀末生物滅絕事件引發了嚴重的陸地生態系統危機，包括昆蟲數量和多樣性的急劇減少。進入三疊紀，海洋和陸地生態系統迅速發展，是現代生態系統起源的第一步，因而被稱作「現代生態系統的黎明」。此時期，在陸地生態系統中，脊椎動物類群異常繁盛，而植物和昆蟲同樣經歷了重要的發展。但由於早、中三疊世昆蟲化石極度稀缺，人們對於三疊紀昆蟲復甦這一重要事件的認識嚴重不足。
近十年，南京古生物所研究員張海春領導的「現代陸地生態系統起源與早期演化」團隊對西北地區三疊系地層開展了詳細的考察工作。近期，該團隊成員鄭大燃、王博等與香港大學、長慶油田等科研人員合作，對陝西中三疊世晚期銅川昆蟲群和新疆晚三疊世早期克拉瑪依昆蟲群進行了研究。通過對昆蟲化石層的放射性同位素年代學和生物地層學年代限定，以及昆蟲群面貌研究，提出了三疊紀中、晚期昆蟲大輻射這一演化事件。同時，含化石層位也是長慶油田和克拉瑪依油田的重要產油層，同位素年代學和生物地層學的研究結果也為油氣資源勘探提供了新的定年和化石證據。
研究團隊於銅川昆蟲群層位上下採集了兩塊凝灰質砂巖樣品，並利用雷射剝蝕多接收電感耦合等離子體質譜儀（LA-MC-ICP-MS）對其進行了U-Pb同位素年代學測試。對兩塊樣品的最年輕鋯石的分析，給出了237.4±0.9百萬年和238.0±1百萬年的協和年齡，為銅川組下段頂部提供了拉丁期最晚期的年齡。該結果與先前獲得的銅川組上段的同位素年齡（約236-234百萬年）以及生物地層學對比結果一致。銅川昆蟲群的時代接近拉丁期-卡尼期界限（約237百萬年），為同時期生物群對比提供了時代依據。
研究團隊對陝西和新疆兩個化石產地開展了近十年的採集工作，迄今已採集了近千枚昆蟲化石。其中，銅川昆蟲群包含至少11目28科，是世界範圍內三疊紀最豐富的昆蟲群之一。該昆蟲群擁有超過14個科的全變態昆蟲，佔所有昆蟲化石的約65%。銅川昆蟲群與塔吉克斯坦馬迪根昆蟲群（拉丁期-卡尼期）、澳大利亞伊普斯維奇昆蟲群（卡尼期）較相似。克拉瑪依昆蟲群包含6目10科，以石蠶巢和劃蝽為代表。三疊紀的鞘翅目化石大多僅保存了鞘翅，而銅川昆蟲群中保存了大量身體完好的甲蟲。另外，在兩個昆蟲群中都發現了毛翅目幼蟲構築的巢穴-石蠶巢。毛翅目是鱗翅目的姊妹類群，後者最早記錄是來自三疊紀-侏羅紀界限地層。而毛翅目最早記錄來自西伯利亞下侏羅統的石蠶巢化石。銅川和克拉瑪依昆蟲群中發現的石蠶巢化石則將毛翅目的起源和築巢行為追溯到了三疊紀拉丁期。
此外，兩個昆蟲群都擁有多樣性最高的全變態昆蟲，以長翅目和鞘翅目為代表。現生全變態昆蟲在昆蟲中佔據最大比例和多樣性。根據前人的研究，全變態昆蟲在石炭紀早期已經出現，並在早、中三疊世多樣化，但它們直到中生代中期才在全球佔據主導地位。因而，銅川和克拉瑪依昆蟲群中全變態昆蟲的高多樣性和高豐度是始料未及的，揭示了中三疊世全變態昆蟲的大輻射。這項研究也表明一些重要的水生全變態昆蟲可以追溯到中三疊世，如毛翅目和水生甲蟲。而克拉瑪依昆蟲群中發現的大量劃蝽也是最早的水生蝽類。這些多樣的水生昆蟲屬於「中生代湖泊革命」的一部分。之前，這一事件被認為發生在中生代中期。該研究表明水生昆蟲的多樣化在中三疊世晚期已經出現，為淡水生態系統的早期演化提供了新的視角。
總之，這些發現證實了全變態和水生昆蟲在中三疊世晚期經歷了一次大的輻射事件。與其他昆蟲相比，全變態昆蟲可能更能適應早三疊世環境變化。而中三疊世植物快速發展，可能進一步促進了全變態和水生昆蟲的輻射。
該項研究得到中科院、國家自然科學基金委和香港大學基金資助。
中三疊世全變態昆蟲演化和三疊紀陸地生物復甦
銅川和克拉瑪依昆蟲群地質簡況
銅川和克拉瑪依昆蟲群典型分子
銅川（左圖）和克拉瑪依（右圖）野外地質工作
銅川昆蟲群的同位素年齡
來源：中國科學院南京地質古生物研究所