中国东北中生代蚤类昆虫的功能形态分析与早期演化

Fleas, as important insect vectors, are harmful to human’s health and livestock production. Due to scarce fossil materials, the origin and early evolution of fleas are still not clear, and entomologists have different views about the taxonomy and phylogenetic positions of Mesozoic fleas. Based on flea fossils collected from the Middle Jurassic (about 165 Mya) and Early Cretaceous (about 125 Mya) of northeastern China, the proposed research will focus on the morphology, systematics and phylogeny analyses of Siphonaptera. We will carry out functional morphology analyses of some special structures of fleas, such as sucking mouthparts, external genitals, setae, antenna, etc., and explore the co-evolutionary relationships between fleas and their hosts. Compared with the morphological characters of extant fleas, together with the features of abundant holometabolous insect fossils, such as scorpionflies and wasps in our collections, we plan to conduct phylogenetic analyses, demonstrate fleas’ phylogenetic relationships and historical evolutional process, and search for the origin and diversified time nodes of Siphonaptera. The results will provide evidences for elucidation and reconstruction the natural history of Siphonaptera.

跳蚤作为重要的病媒昆虫，对人类健康和家畜生产造成很大的危害。因化石材料稀少，人们对跳蚤的起源及早期演化知之甚少，学者们对中生代蚤类的分类位置也争议很大。本项目将基于我国东北中生代晚期侏罗纪（距今约1.65亿年）和白垩纪（距今约1.25亿年）采集的蚤类化石标本，着重开展形态学、分类学和系统学研究。从历史演化的角度，对蚤类特殊的结构（如刺吸式口器、外生殖器、刚毛分布、触角等）进行细致的功能形态分析，探索蚤类与宿主的协同演化关系；结合现生跳蚤的形态特征数据，利用团队收藏的长翅目、膜翅目等全变态昆虫化石材料，开展系统发育分析，揭开蚤目的系统发育关系和历史演化过程，探索蚤目的起源和分化时间节点。为恢复和重建蚤目的自然演化历史提供证据。

跳蚤作为重要的外寄生病媒昆虫，可以传播多种人类疾病。因为化石材料稀少，人们对跳蚤等外寄生昆虫的早期演化知之甚少。本项目基于中生代时期跳蚤等昆虫化石材料，研究基干跳蚤对外寄生习性的适应性演化机制。研究结果表明（1）全世界中生代共记录跳蚤4属8种，归于Saurophthiridae、Pseudopulicidae、Tarwiniidae三科。我国Pseudopulicidae化石已记录3属6种，Saurophthiridae化石2种，具雌雄二型现象，采自我国中侏罗统和下白垩统地层中；（2）跳蚤在早期演化中，体型明显缩小，口器逐渐变短，之后随着寄生生活的进一步特化，才出现前、中、后足的演化，可以说体型的变化具有更高的“优先级”。推测巨大的体型需要消耗更多的能量，意味着跳蚤需要吸食大量的血液维持身体的消耗，因此较小的体型选择性地成为了跳蚤演化中的优势类群；（3）通过分析2000余块包裹在琥珀中的羽毛标本，找到了已知最早的取食羽毛的一类外寄生昆虫，深入分析其结构特征，提出了昆虫食毛的行为至少起源于白垩纪的中期，填补了食毛类昆虫早期起源和演化的空白。本研究中跳蚤、竹节虫等化石证据进一步证实我国东北地区是中生代昆虫起源和辐射的中心之一。跳蚤的基干类群伴随宿主的转移展现了快速的适应性演化速率。白垩纪早期到中期是现生昆虫类群辐射分化的关键时期，白蚁和蚂蚁等真社会昆虫在这一时期出现了品级分化、世代交替的现象。相关成果发表论文14篇，包括Annual Review of Entomology、National Science Review、Nature Communications、Proceedings of the Royal Society B等刊物，参与撰写全英文专著1部，获北京市科学技术奖二等奖（排名第3）1项，获教育部霍英东青年教师基金资助。