15岁高中生琥珀中发现恐龙时代新物种 距今约9900万年

2019年12月30日08:29  来源:新京报
 

12月23日,中关村图书大厦石探记博物科学馆,展出琥珀内发现的新物种——齿胸波眼甲。新京报记者 陶冉 摄

协助导师打磨了许许多多琥珀后,去年初的一天,当时年仅14岁的宋丞峻发觉,有一块琥珀有些特别。经过一年多研究,今年12月21日,中国科学家团队宣布在琥珀中发现了一种恐龙时代的昆虫新物种——齿胸波眼甲(Notocupes denticollis)。

这是一种极其原始且稀有的甲虫,来自距今约9900万年前的缅甸。据专家介绍,全世界现存的眼甲仅有6种,此次发现为现今眼甲科的分类、了解甲虫的演化过程和进化方向提供了新证据。

该研究由北京林业大学本科生姜卓寅、李英鸽,史宏亮博士,北京探月学院高中生宋丞峻,中国科学院动物研究所研究人员兼石探记博物科学馆发起人刘晔、陈睿博士,以及中国世纪琥珀博物馆馆长孔繁利共同开展,论文发表于国际学术期刊《白垩纪研究》上。

发现近亿年前的甲虫“祖先”

这次发现,源于宋丞峻的一次“执着”。

宋丞峻的指导老师之一刘晔介绍,宋丞峻初一时就跟随石探记科学家团队学习动植物知识。随着知识储备和实践能力的提升,他开始在老师的带领下,参与野外科学考察活动及部分课题研究工作。

此前,刘晔去缅甸科考时收集到数千枚琥珀标本,但原矿石很粗糙、看不清内部,宋丞峻就担任起了小助手,帮助老师打磨琥珀。

“去年初的一天,小宋拿着一块琥珀来找我们,说打磨后看到一个虫子感觉挺奇怪。当时虫子的位置仍然比较深,不是特别清楚。我一开始也没细看,出于经验以为就是常见的普通虫子。”刘晔回忆,听到老师的反馈后,宋丞峻并未放弃,又把琥珀带回去继续打磨,到虫子与琥珀边缘较贴近时再拿来一看,“是个好东西”。

经过科研人员探讨、查阅资料比对,最终鉴定,这只虫子是原始甲虫眼甲中的一个新物种。又通过检测琥珀所处年代,确定了这是生活在近一亿年前、白垩纪时期的甲虫“祖先”。

在随后的研究成果发表过程中,论文主框架和学术写作由团队老师完成,宋丞峻也参与其中,承担了手绘图复原图、物种特征描述等工作。

“如果不是这孩子的坚持,就不会有这个重大发现。”刘晔说。

另一位导师陈睿表示,由于前期大量的科学训练,宋丞峻对辨别昆虫种类已有一定积累,才能“慧眼识珠”。

标本保存完好 为甲虫演化提供了重要证据

齿胸波眼甲的胸部有一排锯齿状结构,因此得名“齿胸”,波眼甲则是指眼甲科中的波眼甲属。刘晔介绍,眼甲是一种特别古老的甲虫,最早出现在三叠纪。截至目前,整个甲虫类记录有几十万种,而现存的眼甲仅有6种,“所以它极其珍贵”。

这件标本除了保存完好、通透度高,还有一个额外优势——在显微镜下可以清晰看到,虫体鞘翅末端有虫子濒死时挤压出的雄性外生殖器。

团队研究发现,该新物种的雄性外生殖器与现生眼甲科小眼甲属(Omma)的相似,但和另一个现生的属四瘤长扁甲属(Tetraphalerus)的雄性外生殖器有很大不同,这些为新物种的鉴定和亲缘关系解读起到了作用。

波眼甲的翅膀也非常特殊。“一般甲虫翅膀都是又硬又光滑,像个装甲壳一样,但波眼甲的翅膀是网格状的,像蜻蜓的翅膀。”刘晔说,此前科学家研究认为,这是由其他有翅脉昆虫进化而来的一个遗留结构,这次发现的物种,正好保留了由原始翅脉昆虫进化到甲虫中间的一个过渡形态。

“而被包裹在琥珀也就是树脂里,说明它比较喜欢在树上活动,而且有一些腐烂木头是在原始森林里,这就很好地反映了它的生活习性,并能推测出当时它所处的生态环境。”刘晔进一步解释。

此外,通过和现存的眼甲形态进行比对,研究团队发现,这种眼甲的翅脉结构没有太大变化,但形态上更小,形状上更宽。因此,人们可以根据这个过渡形态了解甲虫的进化方向。此次研究为人类了解甲虫的演化过程,提供了重要的新证据。

陈睿告诉记者,目前全世界已经灭绝的生物大多数都还未被发现,随着越来越多古生物的发现,会给地球上的生命演化提供很多重要的证据,“甚至会颠覆人类对整个生物演化过程的认知”。

“让越来越多的孩子参与科研”

这枚琥珀如今存放在北京中关村图书大厦四楼的石探记博物科学馆中,作为常设展品对公众免费展出。

记者探访发现,这个开在书店里的小型博物馆中,陈列着全世界首次发现的虾类琥珀、包裹着恐龙羽毛的琥珀等珍贵科研标本,展示“地球五亿多年的生命变迁”。

这一空间的筹建者正是此次新物种发现的幕后力量——成立于2015年的石探记科学家团队,由中国科学院、北京大学、南开大学、中国农业大学、北京林业大学等高校和科研院所的几十位科研人员组成。

工作人员介绍,团队日常会面向5-15岁的青少年,根据不同年龄和学习能力开展一系列科学课程和科普活动,包括每周至少一次的室内课程,和昆虫饲养观察记录、化石修复等各类科学小实验、DIY活动,此外还有野外夏令营和短期游学等。

这间博物馆今年11月开放,除了琥珀化石展区外,还有一片活体动物展示区,展示的都是导师饲养的具有代表性的常见物种,包括昆虫类、两栖动物和爬行动物。团队会搭建一些便于观察的小装置,比如用透明的盒子和沙子搭建人造蚁窝,让孩子们观察蚂蚁怎么在其中挖洞、分工合作。

谈到成立石探记的初衷,刘晔表示,一个合格的科研工作者从培养基础知识到思维模式需要很长时间,除非有特别大的兴趣和努力,否则很难成才,“所以我们希望从孩子开始培养,从形成兴趣和思维模式到系统学习,最终拥有独立科研能力。”

此次新物种的发现和研究由高中生、大学生和专业科研人员共同完成,让陈睿觉得“非常难得”,“很多孩子都有一个成为科学家的梦想,我们也希望通过这个契机,让越来越多的孩子参与到科学研究中”。

■ 讲述

“未来科学家”养成记

在此次新物种发现中扮演重要角色的宋丞峻,今年15岁,刚上高一。他的母亲许女士告诉记者,宋丞峻幼年起就表现出对昆虫特有的兴趣,小时候最爱去的地方就是花园、草丛甚至树丛,希望长大成为昆虫学家。

平时,宋丞峻也喜欢看昆虫相关的书籍,或通过网上公开课等资源学习。节假日,一家人经常会走进大自然观察昆虫。冬天的北京虫迹罕至,家长就带着宋丞峻去科技馆听《中科大讲堂》的自然科普类公益讲座、看看Discovery或BBC出品的纪录片。“正是因为在科技馆的讲座上结识了刘晔老师,小宋才有了跟着专业的老师们学习的机会。”许女士说。

宋丞峻目前就读的探月学院是一所创新高中,除了常规学科学习,也有跨学科的项目制学习。许女士介绍,由于在昆虫学方面的知识积累,本学期的项目制学习,宋丞峻选了和减少塑料垃圾相关的主题,研究方向聚焦在“如何利用昆虫体内特殊菌群做塑料垃圾处理”的相关问题上,目前正在探讨中。

“这次能有这样的研究成果发布,小宋作为琥珀的发现者是幸运的。同时他觉得无论在专业知识方面、还是项目研究上都需要继续学习,我们也希望孩子能跟着老师踏实学好基础知识。”许女士告诉记者,宋丞峻希望未来能从事昆虫研究相关工作。

新京报记者 周依

(责编:郭宇、关飞)

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