近日，植物保护学院刘星月教授团队，在国际著名进化生物学期刊《Cladistics》上发表题为“Similar pattern, different paths: tracing the biogeographic history of Megaloptera (Insecta: Neuropterida) using mitochondrial phylogenomics”的重要研究成果。其团队利用分子系统学、历史生物地理学方法全面研究了世界广翅目系统演化及生物地理。该团队还聚焦广翅目亚洲特有区系多样性的形成，基于整合系统学、谱系地理学等方法对亚洲特有属准鱼蛉属Parachauliodes van der Weele, 1909、亚洲特有种普通齿蛉Neoneuromus ignobilis Navás的系统演化进行了系统研究。相关成果于近期发表于国际著名昆虫系统学期刊《Systematic Entomology》上。以上三项研究从不同分类阶元尺度系统揭示了广翅目昆虫的演化历史。
广翅目Megaloptera隶属于脉翅总目Neuropterida，是完全变态类昆虫中较为古老原始的类群之一。该目全世界已知34属，约390种。广翅目幼虫水生，对水质变化较为敏感，可作为水质监测的指示性昆虫。广翅目成虫远距离扩散能力较弱，物种形成常与地理隔离造成的异域分化密切相关。现生广翅目昆虫呈现明显的间断分布格局（disjunct distribution）。前期研究表明广翅目起源于二叠纪，而大陆板块漂移（continental drifting）对广翅目在中生代之后的分化及现代地理分布格局的塑造具有重要作用，但其分化形成的历史过程缺乏深入的解析。
刘星月教授团队获得了世界广翅目31属99种的线粒体基因组数据（其中属级阶元占世界所有属的90%）并重建了广翅目属间系统发育关系。在此系统发育框架下，利用分歧时间估算和祖先分布重建揭示了广翅目属级水平系统演化的时空格局。研究结果显示广翅目为泛大陆起源；侏罗纪时期，劳亚古陆和冈瓦纳古陆的分裂驱动了齿蛉亚科和鱼蛉亚科内部的早期分化。虽然齿蛉、鱼蛉和泥蛉现代全球分布格局相似，但其演化历史却不尽一致，因而广翅目三大支系相似的间断分布格局展现了“殊途同归”的形成历史。
图1 广翅目三大类群（齿蛉亚科、鱼蛉亚科和泥蛉科）在世界呈间断分布格局。
图2 基于线粒体基因组数据的广翅目分歧时间和祖先分布重建结果。
图3 广翅目三大类群随泛大陆裂解发生的主要生物地理事件。
研究团队以特有分布于东亚主要岛屿的准鱼蛉属Parachauliodes van der Weele, 1909及其近缘的华鱼蛉属Sinochualiodes Liu & Yang, 2006为研究对象，基于两属所有形态种的线粒体基因数据，重建了种间系统发育关系。基于形态和分子整合证据，将华鱼蛉属修订为准鱼蛉属的次异名。通过分歧时间估算和祖先分布重建，解析了准鱼蛉属物种时空演化格局。结果表明准鱼蛉属起源于中新世的东亚大陆，随日本列岛与东亚大陆的分离，分化为两支。中新世末期，分布于日本本州的分支通过陆桥从日本西南部经琉球群岛向南扩散至台湾。经过一系列同域物种形成和与岛屿形成相关的异域物种形成事件，造就了准鱼蛉属特殊的岛屿分布格局。
研究团队利用线粒体基因组及20个微卫星位点，以普通齿蛉Neoneuromus ignobilis Navás为代表，首次对欧亚大陆广翅目物种开展谱系地理学研究。研究表明该种中南半岛和云南的种群早期分化可能是由地理隔离事件引起，中国中部和东部的群组由广西西南部群组扩散形成。种群历史和生态位模型分析揭示了末次间冰期（LIG）以来普通齿蛉种群的持续扩张，表明第四纪冰期气候变化对东亚及东南亚生物区系的影响相对较弱。
图4 准鱼蛉属的时空演化格局。
图5 普通齿蛉的种群遗传结构及种群进化分析。
以上研究从广翅目属级和种级水平等不同角度解析了广翅目系统演化格局，揭示了该目全球不连续分布格局的形成机制和亚洲区系分布的形成机制；亚洲特有广布种的谱系分化历史进一步详细地揭示了地质历史及气候变化等因素对广翅目物种种群分化的影响，对广翅目物种多样性保护及揭示地质历史变化过程具有重要意义。
中国农业大学博士生蒋云岚、林爱丽，硕士生杨帆（已毕业）分别为以上研究第一或共同第一作者，刘星月为通讯作者。中国农业大学杨定教授、硕士生岳璐（已毕业），北京农林科学院魏书军研究员、曹利军博士，加拿大麦吉尔大学Jessica P. Gillung博士，美国加州节肢动物博物馆Shaun L. Winterton研究员，英国大英博物馆Benjamin W. Price博士，墨西哥国立自治大学Atilano Contreras-Ramos教授，奥地利维也纳自然历史博物馆Ulrike Aspöck博士，维也纳医科大学Horst Aspöck教授，日本东京都立大学Fumio Hayashi教授，以及澳大利亚国家标本馆David D. Yeates教授参与了以上研究工作。该工作得到了国家自然科学基金、教育部***奖励计划、北京市自然科学基金、中国农业大学“人才培育发展支持计划”、国家动物标本资源库等项目资助。