夏天的夜晚，螢火蟲在林間草叢飛舞
發出浪漫而神秘的信號
宛如在地上點亮了盞盞天燈
又彷彿在草叢間描繪出了一幅星圖
“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。”這是杜牧筆下的發光生物——螢火蟲。發光生物廣泛地存在於生活中，其中最常見的是螢火蟲，它們一閃一閃的在夜空中飛行，像森林中的小精靈。
發光生物的歸屬
在陸生動物中，能進行發光的生物大多都屬於鞘翅目昆蟲（俗稱甲蟲），並又以叩甲總科（螢火蟲及其近親）的物種最多；而其中能夠生物發光的叩甲總科的物種大部分都歸屬於“螢類”（lampyroid）：包括螢科（Lampyridae，狹義的螢火蟲屬於這類）、光螢科（Phengodidae）、雌光螢科（Rhagophthalmidae），以及於2020年新建立的華光叩甲科（Sinopyrophoridae）。
在螢類的分支系統中，除了位於最基部的華光叩甲科外，螢科、光螢科與雌光螢科物種的身體均較為柔軟，這可能導致其很難在漫長的地質歷史時期被保留下來成為化石。除螢科於白堊紀緬甸琥珀及一些新生代地層中有化石記錄外，螢類的其他類群化石此前並尚未被正式報道。
新型“螢火蟲”的發現
中國科學院南京地質古生物研究所的科研人員與捷克帕拉茨基大學、英國布裡斯託大學，以及與國內中山大學的同行合作，在白堊紀中期的緬甸琥珀中發現了叩甲總科的新科：白堊光螢科（Cretophengodidae）。這枚來自緬甸北部的琥珀形成於近一億年前，可追溯到恐龍的黃金時期。事實上，琥珀就是古樹樹脂形成的一類透明生物化石，被包裹在樹脂中的動植物因被隔絕與外界的聯繫而被良好保存。因此，這枚包裹著白堊光螢科的琥珀化石對於研究叩甲總科中生物發光的起源與演化具有重要意義，也為研究古代陸地生態系統提供了新穎的角度。
研究人員在這枚白堊紀中期緬甸琥珀中發現了保存較完好的阿扎白堊光螢（Cretophengodes azari Li, Kundrata, Tihelka & Cai, 2021）雄性標本（圖1），其代表了現存螢火蟲和小家族（光螢科和雌光螢科）的已滅絕親屬。此枚化石的種名獻給黎巴嫩大學教授丹尼·阿扎（Dany Azar），他也是南京古生物所的訪問教授，為我國琥珀化石研究提供了無私的幫助。
白堊光螢（Cretophengodes azari）及其現生近緣類群光螢科與雌光螢科
白堊光螢有12節觸角，呈雙櫛狀，與現生的光螢科相似；然而白堊光螢的前胸腹板較發達，鞘翅完全覆蓋腹部，腹部可見腹板6節，這與光螢科及近緣的雌光螢科均不同。因此，根據其形態特徵，研究人員推測白堊光螢可能屬於光螢科+雌光螢科進化枝的基幹類群（圖2），並將具體研究成果發表在英國《皇家學會會刊—B輯》（Proceedings of the Royal Society B）。
白堊光螢科的系統位置
白堊光螢能發光
我們知道現生的螢火蟲能持續發光，並且光亮一閃一閃。這主要是因為其腹部後端下方具有發光細胞，細胞內含有兩種複雜的有機物——熒光素和熒光酶。在體內直接能源物質ATP（三磷酸腺苷）的參與下，熒光素快速反應，發出波段為黃綠色的光子，此時熒光酶作為催化劑，不僅可以加速化學反應的發生，還可以保證消耗的能量儘量少而發光強度儘可能高；並且這種化學反應在體內伴隨著呼吸作用可以循環。
得益於化石的良好保存，白堊光螢腹部的發光器官也完好無損。科研人員在白堊光螢第1~3節發現了腹板上具有的一個淺色明亮區域，並確認是它的發光器官，雖與螢火蟲的發光位置不同，但與雌光螢科中的一些物種卻十分相似。這一發現說明在白堊紀已經有一些甲蟲發光了，並且發光的螢類進化枝至少在白堊紀中期（9900年前）就已經發生了多樣化。
研究人員推斷，在白堊紀，軟軀體叩甲的潛在捕食者，包括螞蟻、青蛙、早期鳥類等，發生了快速分化，發光器官最初應該是在甲蟲柔軟而脆弱的幼蟲中逐漸演變而產生的，白堊光螢中的發光器官或許與抵禦這些捕食者有關（圖3）。後來，這一功能也被用於例如定位伴侶等其他用途。
甲蟲生命樹
甲蟲是目前種類最豐富的動物，有超過40萬種已描述物種，但可能還有超過一百萬種尚待發現。對於昆蟲學家而言，其生命樹的編繪一直以來也困難重重。華光叩甲科昆蟲的身體是完全硬化的，而螢類進化枝中的其餘類群身體卻又都發生過強烈的軟化；白堊光螢的身體正好介於二者之間，處於中間過渡狀態，填補了這一演化上的缺環。白堊光螢這一發現為這叩甲總科類群的軟軀體化及生物地理分佈提供了新的見解。
本項研究由中國科學院和國家自然科學基金委的資助。南京古生物所方豔高級工程師提供了激光掃描共聚焦顯微鏡技術支持，畫師楊定華繪製了復原圖。
論文鏈接：Yan-Da Li, Robin Kundrata, Erik Tihelka, Zhenhua Liu, Diying Huang, Chenyang Cai* (2021) Cretophengodidae, a new Cretaceous beetle family sheds light on the evolution of bioluminescence. Proceedings of the Royal Society B, 20202730. Doi:10.1098/rspb.2020.2730.
作者：劉芸、蔡晨陽、譚超、王冠群、潘浩晨
來源：中國科學院南京地質古生物研究所
來源：中科院之聲
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