BMC Biology—首都师范大学昆虫演化教育部创新团队揭示中生代蝽次目昆虫臭腺的早期演化历程

原创 代睿等 昆虫分类区系专委会 2025年11月20日 10:07 北京

你有没有想过，当你捏爆一只臭屁虫时，那股令人难忘的气味，其实是它传承了上亿年的保命绝技？近日，首都师范大学昆虫演化教育部创新团队的任东、姚云志教授在《BMC Biology》上发表了题为“A Foul Odor from the Mesozoic: Early Evolution of Scent Gland Defense in Pentatomomorphan True Bugs”（来自中生代的恶臭：蝽次目昆虫臭腺的早期演化）的研究论文。该研究通过整合一系列珍贵的中生代化石和对多种现生蝽类昆虫饲养观察的个体发育证据，首次系统揭示了这类昆虫“臭味武器”的起源与演化历程。

臭腺：蝽类昆虫的“防身利器”

在昆虫世界中，许多种类都演化出了独特的化学防御机制。其中，蝽次目昆虫（俗称“臭屁虫”）尤为著名，它们一旦受惊，便会释放出难闻的化学物质，作为驱赶天敌的“臭气弹”。这一能力依赖于其臭腺系统——一个在若虫与成虫阶段呈现不同形态的器官：若虫的臭腺位于腹部背板，至成虫期则转移至后胸侧板。成虫臭腺的外部孔缘结构形态高度分化，是该类群分类学和演化研究的关键性状。然而，这类精细的形态结构在化石记录中极为罕见，使得其早期演化历史长期存有空白。

跨越亿年的线索：化石+现生个体发育+系统发育分析

研究团队整合了来自侏罗纪中期（约1.65亿年前）至白垩纪中期（约9900万年前）的珍贵化石，结合连续四年对多种现生蝽类的室内饲养与发育追踪，以及系统发育重建，展开了一场跨越亿年的“侦探之旅”。

关键发现如下：

图1：侏罗纪与白垩纪蝽次目昆虫的臭腺结构。A：粗蝽科昆虫具有耳状臭腺孔缘；B：姬缘蝽科昆虫具有耳状臭腺孔缘；C：科布多蝽科昆虫具有沟状臭腺孔缘；D：初蝽科昆虫具有耳状臭腺孔缘；E-G：尤氏缘蝽科昆虫具有不同类型的耳状和管状孔缘。

最古老的“耳状”臭腺

研究人员在中国东北的燕辽昆虫群（侏罗纪中期）和热河生物群（白垩纪早期）中，发现了多种臭腺结构保存完好的蝽类昆虫化石。其中，已知最古老的成虫臭腺结构发现于侏罗纪中期，它们同时出现在灭绝类群粗蝽科（Pachymeridiidae）与现生类群姬缘蝽科（Rhopalidae）的最早化石记录中。这些古老臭腺的外部孔缘均呈简单的“耳状”，被证实为蝽次目昆虫最原始的臭腺形态。

白垩纪的“臭腺孔缘大爆发”

到了白垩纪，化石记录显示臭腺形态已高度多样化。除了原始的耳状孔缘外，还出现了管状、沟状等多种类型。尤其是在缅甸琥珀中的尤氏缘蝽科（Yuripopovinidae）中，同一科内竟同时存在多种臭腺类型（如图1：E-G），表明白垩纪中期已成为臭腺形态演化的关键时期。

图2：现生蝽次目昆虫不同时期的臭腺结构。1：五龄若虫腹部背板臭腺；2：五龄若虫后胸侧板；3：成虫后胸侧板臭腺；A：角红长蝽，成虫具有耳状臭腺孔缘；B：稻棘缘蝽，成虫具有叶状臭腺孔缘；C：点蜂缘蝽，成虫具有管状臭腺孔缘；D：广二星蝽，成虫具有管状臭腺孔缘；E：金绿宽盾蝽，成虫具有沟状臭腺孔缘。

“一夜成型”的发育秘密

为厘清后胸臭腺结构的发育时序，研究团队自2020年起，持续四年对包括角红长蝽（Lygaeus hanseni）、稻棘缘蝽（Cletus punctiger）、点蜂缘蝽（Riptortus pedestris）、广二星蝽（Eysarcoris ventralis）与金绿宽盾蝽（Poecilocoris lewisi）在内的多种代表性蝽类进行室内饲养。

研究系统记录了上述5种蝽从卵至成虫各发育阶段的形态变化，重点关注臭腺结构的分化节点。结果表明，所有观察物种的后胸臭腺周缘结构在若虫第一至第五龄期均无任何分化痕迹，其形成集中于末龄若虫至成虫羽化的关键阶段。这一发育迟滞与快速建成的模式，为解释该结构在演化过程中的高度可塑性提供了关键内在机制证据。

图3：蝽次目昆虫臭腺孔缘祖先状态重建。

系统演化：万变不离其“耳状”臭腺

基于40个现生与化石类群的系统发育分析结果，对臭腺孔缘结构进行祖先状态重建：确认耳状臭腺孔缘是整个蝽次目的祖征。尽管后期各类群演化出形态各异的臭腺形态，但祖先特征状态始终是那个简单的耳状结构。

谁推动了“臭味武器”的升级？

那么，是什么驱动了臭腺外部形态在中生代的快速分化？

研究者推测，这很可能与中生代植被类型的转变和天敌兴起密切相关。随着被子植物逐渐占据主导，蝽类昆虫的栖息地从地表扩展到更为开阔的植物表面。这一方面为它们提供了新的生态位，另一方面也使其暴露于更多天敌（如早期鸟类、翼龙等）的威胁之下。栖息地的转变与捕食压力的增加，共同推动了这场兴盛于白垩纪的“防御武器”升级竞赛。

图4：中生代蝽次目昆虫释放“臭气”的假想图（左笑然绘制）。

真可谓：

中生代里臭飘香，蝽类御敌有妙方。

耳型始现侏罗纪，万般变化白垩忙。

植物花开生态变，天敌环伺压力强。

化石为证终解密，演化长卷添新章。

首都师范大学生命科学学院在读博士生代睿为第一作者，姚云志教授为通讯作者。任东教授、美国自然历史博物馆Michael S. Engel教授和中国海关科学技术研究中心杜思乐兽医师共同参与了课题的研究。该研究得到国家自然科学基金资助。

作者信息（从左至右）：Michael S. Engel教授，代睿，任东教授，姚云志教授，杜思乐兽医师