飞行是动物界极具创新性的运动方式，为飞行动物提供了诸多生存优势，极大地扩展了它们的生存空间和生态位。迄今，仅有昆虫、翼龙、鸟类和蝙蝠四类动物演化出主动飞行能力。然而，重建灭绝昆虫的飞行能力非常困难。近日，古生物专家以古蝉为研究对象开展了综合的研究工作，为定量计算灭绝昆虫的飞行能力提供了新思路和新方法。
昆虫是最早掌握飞行能力的动物，并且演化出了多样性极高的飞行策略和相应的生态适应。
△ 早期古蝉（A–D）和晚期古蝉（E–H）
在距今约2.6亿至1亿年的中生代，古蝉总科是代表性树栖昆虫，翅展最长可达15厘米。古蝉和现生蝉类的亲缘关系较近，具有相似的形态特征和飞行机制。它们在中生代非常繁盛，保存了大量的化石记录，是探究昆虫飞行能力演化的理想类群。
△ 中生代鸟类与古蝉之间“飞行竞赛”的生态复原图
此次研究构建了古蝉的空气动力学模型，据此定量评估了飞行性能，阐明了该昆虫类群的飞行能力演化史。研究结果揭示了鸟类早期辐射事件对昆虫演化的影响，为中生代的“飞行竞赛”假说提供有力证据。
据悉，研究团队检视了全球范围内所有代表性的古蝉化石，综合利用最大简约法和贝叶斯法重建了古蝉总科的系统发育关系，并识别出了并系的早期古蝉和单系的晚期古蝉两个类群。
其中，早期古蝉具有近似椭圆形的前翅、相对较大的后翅以及较小的中胸；晚期古蝉则具有近似三角形的前翅、相对较小的后翅以及较大的中胸。在侏罗纪—白垩纪之交，原本占据主导地位的早期古蝉开始衰落，同时晚期古蝉开始崛起。
早期的鸟类多为食虫性，而体形硕大的古蝉是理想的食物来源。早期鸟类的繁盛很可能对古蝉的演化产生了定向选择压力，促进了古蝉的类群演替，导致了早期古蝉的衰落以及飞行能力更强的晚期古蝉的崛起。
研究人员发现，晚期古蝉的翅载荷提高了92%，飞行速度提升了39%，飞行肌肉占比提高了19%，显示出飞行灵活度和效率均有显著提高。
该研究由中国科学院南京地质古生物研究所、临沂大学、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、德国耶拿大学、荷兰瓦赫宁根大学、美国自然历史博物馆以及英国自然历史博物馆的研究团队共同完成，相关研究成果在线发表于《科学进展》（Science Advances）上。
现代快报/现代+记者 李鸣
（中国科学院南京地质古生物研究所供图）