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分子系统学探讨欧洲大头粪金龟的种间关系

更新时间:2019-04-29 09:44:17    来源:昆虫记    手机版

分子系统学探讨欧洲大头粪金龟的种间关系

昆虫记 2019-04-29 09:44

本月25号,国际昆虫学期刊《系统昆虫学》(Systematic Entomology)在线刊出了一篇关于大头粪金龟属Lethrus的研究论文。文中采用分子系统学的方法,对欧洲10种大头粪金龟的种间系统发育关系进行了探讨

由于长相夸张,大头粪金龟早在18世纪末就引起了人们的注意。第一种大头粪金龟——无翅大头粪金龟Lethrus apterus(Laxmann) 在1770年被命名,但当时人们认为它是一种锹甲。1777年,意大利博物学家Scopoli建立了大头粪金龟属Lethrus。直到今天,已知的大头粪金龟已经超过了120种,广泛分布在从中欧到我国西北的古北界广大地域。

无翅大头粪金龟Lethrus apterus的雄虫,可见其发达分叉的上颚。该种分布在从俄罗斯西部到中欧的广阔地域(引自 http://insecta.pro/taxonomy/191062,Evgeny Komarov 摄)

大头粪金龟备受关注,还因为它们独特的生物学习性。虽然是粪金龟科Geotrupidae的成员,大头粪金龟却是植食性的。它们在地下挖掘洞穴,在欧洲是葡萄园害虫,在中国则被报道是草地害虫。另外,近年来还有学者报道它们的亲代照护行为,再一次把它们推向了研究的热点。

大头粪金龟为什么会有这么多种?这个问题一直萦绕在科学家们的心里。有学者用异域种化来解释这个现象:大头粪金龟生活在半干旱地区,它们后翅退化,这大大降低了它们的迁移能力,因此不能跨越山脉、河流这样的地理隔离,在长期隔离下,不同种群就朝着不同方向进化成种。

大头粪金龟属的种在欧洲的分布情况(引自原文)

在欧洲总共记录了10种大头粪金龟,其中5种都是在2013年被发表的。这些物种都是在传统分类学的框架下,根据其形态特征(包括生殖器的形态)来描述的。除了无翅大头粪金龟具有广泛的分布外,其他各种都只分布在狭窄的区域,这使得人们怀疑这些种到底能不能彼此区分?又或是”无翅大头粪金龟“中是否包含一些隐存种?

为了探究这些物种之间的关系,论文作者收集了75个样本,包含了10个欧洲种的9个,加上6个中亚种作为外群,以2个线粒体基因组片段和2个核基因组片段为分子标记,构建种间系统发育关系

论文中显示的欧洲9种大头粪金龟种间系统关系。红色箭头所指是无翅大头粪金龟,文中所用样本的结果都聚为一支。紫色框线所代表的是L. schneideriKrál & Hillert,它应当是并系群(引自原文)

他们发现,9个欧洲种组成了一个单系群,其下又分两支:巴尔干半岛中部的5种为一支,巴尔干半岛东部的3种加上广布的无翅大头粪金龟为另一支。与他们预想的不同,无翅大头粪金龟很好地聚为一支,并没有分为几个不同的种。然而,在另外两种,L. schaumiiReitter和L. halkidikiensisKrál & Hillert 中却发现了较显著的种内分异。

由此,文章作者认为欧洲的几种大头粪金龟经历了不同的进化历史:多数种生活的地区在第四纪冰期没有受到大的影响,相对稳定的环境使它们在地理隔离的限制下异域成种。而广布的无翅大头粪金龟种群受到冰河的较大影响,种群多次收缩和扩张,但种群一直得以保持联系,因此其分化程度没有达到种级。另外,无翅大头粪金龟被认为能很好地适应农田生态系统,以至于随着农业的发展,它们的种群也随之扩张,直到杀虫剂和新的耕作制度出现为止。

无翅大头粪金龟和它们的地穴。受到杀虫剂和深耕细作的影响,该种在欧洲一些国家的数量已大不如前,在匈牙利和波兰已被列为保护物种(引自 https://www.biolib.cz/en/image/id33954/,Stanislav Krejčík 摄)

除此之外,在他们的进化树中,L. schneideriKrál & Hillert 没有构成单系群。文章作者发现”该种“内部在COI片段存在显著差异,而用微卫星序列则不能将其分开,他们由此认为该种还应该是同一个种,并推定单独的线粒体基因组分子标记在系统发育和物种鉴定中会造成误解。他们还认为是单向杂交事件引起了这样的现象。

Lethrus schneideriKrál & Hillert产于希腊。该种在这次的研究中显示为并系群(引自Králet al.2013)

原文信息:Toth JP, Bereczki J, Racz R, Varga Z, Barta Z & Sramko G (2019) Phylogenetic relationships in the genusLethrus(Coleoptera: Geotrupidae) reveal contrasting evolutionary history in Europe.Systematic Entomology. doi: 10.1111/syen.12364.

本期编辑:陈卓

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