PNAS|最新研究揭示昆虫现代植食模式于被子植物时代之前起源

昆虫与植物之间的互作关系是地球生态系统中最古老且最复杂的生态关系之一。昆虫植食行为作为生态系统中物质与能量流动的关键环节，其演化历程不仅反映了生物多样性的变迁，还对当今的生态平衡和农林业经济发展产生了深远影响。长期以来，学界普遍认为现代昆虫植食模式的形成与白垩纪早期（约1.25亿年至9000万年前）被子植物的多样化密切相关。然而，最新研究发现，这一模式的起源远比此前认为的更为久远。

2025年2月19日，广东省科学院动物研究所作为第一单位，联合首都师范大学、美国自然历史博物馆Smithsonian学会和加州大学的研究团队，在国际顶级学术期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences USA, PNAS）上发表了题为“The modern pattern of insect herbivory predates the advent of angiosperms by 60 million years”的研究论文，揭示了现代昆虫植食模式早在侏罗纪中期（约1.65亿年前）就已形成，比被子植物占主导地位的时代提前了约6000万年。

研究团队基于功能性取食组-损伤类型（FFGs-DTs）系统，分析了从3.05亿年前至今全球134个植物群落（包括化石和现生）的昆虫植食多样性。通过周转率、嵌套性和相似度的β多样性分析，研究发现自石炭纪以来，昆虫植食模式的多样性呈波动上升趋势。到中侏罗世，昆虫植食模式已出现11种功能性取食组和78种损伤类型，显著高于古生代，接近新生代水平。研究还发现，侏罗纪、白垩纪、古近纪、新近纪和现代植物群落的损伤类型呈现出高度集中趋势，表现为稳定的低周转率和高嵌套性分布。这表明昆虫植食模式的现代化拐点发生在侏罗纪，其多样化的主要驱动因素是嵌套性，而非周转率。

该研究结果表明，现代昆虫植食模式并非形成于白垩纪被子植物辐射初期，而是早在侏罗纪中期（以裸子植物为主导时期）就已经形成，这一发现将现代昆虫植食模式的起源时间提前了6000万年。本研究是基于全球数据开展昆虫植食演化的尝试，研究成果有利于理解过去的昆虫-植物互作关系及驱动因素，有助于更好地评估当前昆虫生物多样性和未来栖息地的稳定性，为农林业经济中重要害虫控制和资源昆虫保护提供理论指导。

研究得到国家自然科学基金、中国博士后基金及广东省青年优秀人才国际培养计划等项目的资助，广东省科学院动物研究所肖丽芳博士为论文的第一作者，王永杰研究员、美国自然历史博物馆的Conrad C. Labandeira教授和首都师范大学生命科学学院任东教授为共同通讯作者，首都师范大学生命科学学院陈亮博士和加州大学戴维斯分校Lauren Azevedo-Schmidt教授共同参与了研究工作。

图1. 石炭纪以来134个植物群落的昆虫植食的β多样性分析

备注：在昆虫植食中，周转率（turnover）衡量不同植物种类（植物群落）所拥有的相同DTs数量，表明昆虫植食在不同寄主植物（植物群落）替换的容易程度。如果两者间仅拥有少量的相同DTs，寄主植物替换的可能性较低，则周转率指数较高，反之，两者间具有大部分相同DTs，替换的可能性较高，则周转率指数低。嵌套性（nestedness）衡量不同丰富度DTs在寄主植物上有差异的分布格局，DTs与不同寄主植物（植物群落）的植食多样性的相似度越高，则嵌套性越高；反之，则嵌套性越低。1-β代表相似性，图中每个点代表不同寄主植物上DTs的周转率、嵌套性和相似度的值，每个点在三相图上的总和为1。

图2. 石炭纪以来昆虫、植物及环境演化过程

备注：蓝色条代表中侏罗世裸子植物繁盛期，绿色条代表被子植物辐射的关键时期。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2412036122

作者信息：（从左往右）肖丽芳、陈亮、Conrad C. Labandeira研究员、Lauren Azevedo-Schmidt研究员、王永杰研究员、任东教授

相关链接：https://mp.weixin.qq.com/s/DE6KVrNm3-Zj0g26GnsCHw

（供稿：昆虫生态与害虫控制研究中心 肖丽芳）