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      蝗蟲(chóng)科遺傳關(guān)系的研究指向南美洲

      蚱蜢是世界上無(wú)處不在的昆蟲(chóng)群之一,從草原到熱帶雨林,到孤立的山脈到沙漠,到處都是蚱蜢?,F(xiàn)在,由于對(duì)蚱蜢的遺傳關(guān)系進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十年的分析,科學(xué)家們已經(jīng)清楚地了解了蚱蜢為實(shí)現(xiàn)這種多樣性而采用的進(jìn)化途徑 - 這一研究結(jié)果成為南美洲最廣泛的蝗蟲(chóng)世界的發(fā)源地,不像以前想的那樣非洲。

      蝗蟲(chóng)科遺傳關(guān)系的研究指向南美洲

      為了進(jìn)行這項(xiàng)研究,德克薩斯A&M大學(xué)和阿根廷Museo de La Plata的一組研究人員收集了來(lái)自22個(gè)國(guó)家的蝗蟲(chóng)標(biāo)本并提取了DNA樣本。研究人員從142種蝗蟲(chóng)物種中抽取出來(lái),分析了這些樣本中核和線粒體基因組的核苷酸序列,以了解世界各地的各種蝗蟲(chóng)物種是如何相關(guān)的。研究結(jié)果,這是有史以來(lái)第一次對(duì)蝗科的整體遺傳分析,今天發(fā)表在昆蟲(chóng)系統(tǒng)學(xué)和多樣性研究中。

      “我們利用不同物種之間核苷酸的差異來(lái)推斷這種關(guān)系,”德克薩斯A&M昆蟲(chóng)學(xué)副教授,該研究的第一作者Hojun Song博士說(shuō)。“例如,密切相關(guān)的物種將共享相似的核苷酸序列,因?yàn)樗鼈児灿幸粋€(gè)共同的祖先,但遠(yuǎn)緣相關(guān)的物種將在它們之間具有更多不同的核苷酸。”

      由此產(chǎn)生的系統(tǒng)發(fā)育 - 大致類似于家譜,但在這種情況下,蝗蟲(chóng)是蝗蟲(chóng)最大的分類學(xué)家族 - 為科學(xué)提供了一種新的,更細(xì)致的理解蚱蜢如何進(jìn)化。它表明蝗科內(nèi)的蝗蟲(chóng)從一個(gè)共同的祖先下降和多樣化,但許多目前公認(rèn)的亞科被認(rèn)為是“副系”,這意味著它們不能縮小到它們?cè)诨瓤萍易鍢?shù)上的單一共同祖先。

      從歷史上看,由于趨同進(jìn)化,蚱蜢分類學(xué)一直很困難,其中不緊密相關(guān)的生物體在適應(yīng)類似環(huán)境時(shí)會(huì)發(fā)展出類似的外部特征和外觀。因此,分類學(xué)家通常將不相關(guān)的物種分組到相同的分組中,因?yàn)樗鼈兙哂邢嗨频臅?huì)聚體形式。同時(shí),物種之間通常只存在微小的物理差異,導(dǎo)致分類學(xué)家依靠雄性蚱蜢生殖器作為區(qū)分物種的主要標(biāo)識(shí)符。但Song及其同事表示,他們的遺傳分析提供了一種新的視角,分類學(xué)家可能會(huì)通過(guò)這種視角重新審視蚱蜢的分類。

      “有一些亞科,如Catantopinae和Hemiacridinae,幾十年來(lái)被認(rèn)為是分類學(xué)傾倒地,”宋說(shuō)。“這意味著許多不相關(guān)的群體已經(jīng)積累在這些人工群體中。顯示這些群體的副學(xué)性質(zhì)是重新分類分類學(xué)的第一步,我們預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)蚱蜢分類會(huì)有一些重大轉(zhuǎn)變。”

      也許最重要的變化是確定蝗蟲(chóng)科的蚱蜢的共同祖先生活在南美而非非洲??茖W(xué)家過(guò)去認(rèn)為蝗科起源于非洲,因?yàn)樵S多其他相關(guān)家庭存在于非洲,因?yàn)槟厦阑认x(chóng)尚未得到充分發(fā)掘。遺傳分析包括來(lái)自外部8個(gè)物種的樣本,但與蝗科中的樣本相關(guān)。在那些抽樣的“外群”物種中,在遺傳分析中被認(rèn)為最密切相關(guān)的物種都是南美洲原產(chǎn)的。研究人員還研究了化石標(biāo)本以校準(zhǔn)某些蚱蜢亞科的年齡,他們發(fā)現(xiàn)蝗科中最早的分歧譜系也主要在南美洲發(fā)現(xiàn)。

      “這些關(guān)系共同指向這個(gè)世界主義大家庭的南美血統(tǒng),”宋說(shuō)。“我們經(jīng)過(guò)時(shí)間校準(zhǔn)的樹(shù)顯示,蝗科起源于5930萬(wàn)年前的新生代古新世。”

      在歷史的這一點(diǎn)上,南美洲和非洲的大陸已經(jīng)分開(kāi),但與目前的位置相比更接近,北非被熱帶雨林所覆蓋,就像南美洲的亞馬遜地區(qū)一樣。Song及其同事提出,蝗科的單一祖先首先從其南美洲的親戚分支出來(lái),然后在大約5700萬(wàn)年前的某個(gè)時(shí)間穿越大西洋。那些蚱蜢“殖民者”在非洲找到了合適的棲息地,然后在非洲迅速輻射和多樣化,進(jìn)入歐洲和亞洲。之后,遺傳分析指出至少有三個(gè)隨后的重新移植事件,其中蚱蜢遍布北美,進(jìn)一步推動(dòng)其全球傳播和多樣化。

      鑒于蚱蜢在昆蟲(chóng)領(lǐng)域的標(biāo)志性地位,宋說(shuō)他很驚訝以前沒(méi)有人試圖通過(guò)分子遺傳技術(shù)建立蝗科的系統(tǒng)發(fā)育。新的努力是通過(guò)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)為國(guó)際科學(xué)基金會(huì)提供的,可以追溯到2008年,直翅目的進(jìn)化研究,昆蟲(chóng)秩序包括蝗蟲(chóng)及其親戚,如蝗蟲(chóng),蟋蟀和k ..在這樣的系統(tǒng)發(fā)育項(xiàng)目甚至可以開(kāi)始之前,在國(guó)際合作者的貢獻(xiàn)的幫助下,需要多年的實(shí)地工作來(lái)收集所需的各種樣本物種。

      “說(shuō)這項(xiàng)研究需要10年才能完成,這并不夸張,”宋說(shuō)。“這種類型的研究需要大量的分類抽樣來(lái)恰當(dāng)?shù)卮硪阎亩鄻有裕@可能是任何大規(guī)模系統(tǒng)發(fā)育研究中最具挑戰(zhàn)性但也是最令人興奮的方面。”

      蝗蟲(chóng)科遺傳關(guān)系的研究指向南美洲

      已知蝗科含有約6,700種。因此,雖然新的遺傳分析在蚱蜢家族中是最詳細(xì)的,但它所采樣的物種僅占蝗科全部多樣性的2%。宋說(shuō)他和他的同事都渴望進(jìn)一步建立蚱蜢家譜。

      “我們計(jì)劃在未來(lái)增加分類單位采樣,并使用更多的系統(tǒng)發(fā)育標(biāo)記來(lái)建立更全面的系統(tǒng)發(fā)育。與此同時(shí),我們計(jì)劃對(duì)家族中的主要群體進(jìn)行重新分類,以便分類能夠反映單系群體,”他說(shuō)。

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