雏蝗属昆虫翅形态结构演化及进化相关性研究

The grasshopper genus Chorthippus is a species-rich genus with about 250 species and the wing shape is diversified in this genus. The male sing by the friction of hind femur with the forewings.The male forewing, female forewing, and hindwing of male and female encounter different evolutionary selection pressures, and result in a viarant shape differences. To determine how the species of Grasshopper Genus Chorthippus evolue into various wing shapes and whether there are phylogenetic correlationships between the wing pairs,in this study, 30-40 Chorthippus species will be selected for phylogenetic analysis to find the monophyly; And then geometric morphometrics methods will be used to carry out the following works among species: (1) wing shape types and evolution, (2) the phylogenetic correlation between Male-female fore wing, male forewing-hindwing, female forewing-hindwing, Male-female hind wing, (3) the correlation of wing shape evolution and molecular evolution, (4) Based on the upper results, draw out the wing shape evolution pattern (the ancestral wing shape, evolution direction, polygenism , convergent evolution, etc.). This study analizing the wing shape evolution of grasshopper genus Chorthippus based on phylogenetic relationship will not only help us in understanding the evolution and adaptation of Chorthippus spp but also the speciation of this genus. The study will provide us a method for studying the evolution of the continuous characters of animal morphological structures.

雏蝗属是世界蝗虫第二大属。其翅雌雄异型、雄性前翅-后足骨节摩擦发音，雌性不发音。翅的形态属内变化幅度大。为弄清楚功能有别的各翅在雏蝗属进化过程中如何形成多样的形态结构，翅间是否具有进化相关性，本研究拟选择该属30～40个代表种：①用几何形态测量学方法研究雄性前、后翅，雌性前、后翅形态结构的种间变化规律并将各翅划分类型；构建各物种各翅的标准轮廓。②基于形态性状和分子数据构建雏蝗属系统发育树。将①的标准轮廓和翅的类型标注在各单系群系统发育树的末端，分析翅的演化。③依据几何形态测量学分析结果分别计算雌、雄，前、后翅的种间欧氏距离，做翅与翅间及各翅与分子遗传距离间相关性分析，以判断翅与翅、翅与分子间的进化相关性。本研究基于几何形态测量学在系统发育框架下解析雏蝗属翅形态结构演化，有助于了解雏蝗的进化、适应及物种形成机制；能为分类和进化研究中选择合理的性状和定量研究生物形态结构演化提供方法和思路。

翅是昆虫的运动器官，也是昆虫系统和进化研究的重要依据。对其形态结构的进化进行定量研究不仅有助于系统学研究中正确鉴定物种、合理选择分类性状，而且有助于研究物种形成过程中形态对环境的适应。雏蝗属昆虫种类多，翅的长度和大小变化多样，除运动功能外也是鸣声器官，是研究翅进化的好材料。本项目按照研究计划完成了4个方面的工作：①雏蝗属的系统发育及单系群划分，②雏蝗属翅形态结构的种间变化规律及类型划分，③雏蝗属各单系群翅的演化规律及翅间进化相关性，④雏蝗属翅形态结构的演化模式。我们发现：本研究结果不支持传统分类学对雏蝗属按照前翅的颜色和大小分为4个亚属的观点，雏蝗分类系统需要订正。雏蝗属的翅形态结构种间差异明显，并且和物种的分子进化密切相关，也就是说和物种的形成密切先关。在进化过程中翅的形态结构有趋同进化。翅基部形态很少发生变化，形态的变化主要发生在前缘和端半部分，表现为翅前缘向前凸出，端半部分缩短或伸长。.以上研究结果的科学意义在于揭示了蝗虫翅形态的进化可能是一种模块式的进化，变化主要发生在端半部分。也就是说端半部分受自然选择的压力可能更大。翅基部的形态比较稳定，但如何用翅的形态结构来做为分类的依据需要更多的标本和数据。本研究将分子和形态测量数据结合起来分析的方法可以在其他动物的系统进化及分类中借鉴。