中国特有属双角蝎蛉属物种界定和谱系地理学研究

Species delimitation is the fundamental task in routine taxonomy, and is frequently also a problem difficult to solve in insect taxonomy. The genus Dicerapanorpa Zhong & Hua, 2013 (Mecoptera: Panorpidae) is endemic to China, the component species are distributed in the Qinling-Bashan Mountains and the eastern edge of the Qinghai-Tibetan Plateau, showing a dintinct Y-shaped distribution pattern. The component species mainly occur in the cold humid areas of high altitute in the mountainous regions, and are important ecological indicators. Based on our previous research, Dicerapanorpa exhibits a complicated morphological variations both interspecifically and intraspecifically, leading to difficulties in species delimitation. This research proposal studies the Dicerapanorpa systematics for the first time based on integrative taxonomy from morphology, mating behaviour, geometric morphometrics, cytogenetics, molecular biology and phylogeography. We aim to clarify the criterion of speices delimitation in the group, explore the phylogenetic relationship, and uncover cryptic species adn the distribution pattern and the speciation process involved with the alternation of the Pleistocene glaciation and intergalciation. This project can also provide valuable experience for similar taxonomic problems in other genera of Panorpidae and other insect groups.

物种界定是分类学最基本的任务，然而常常也是日常分类实践中最难以解决的问题。双角蝎蛉属Dicerapanorpa Zhong & Hua, 2013 (长翅目: 蝎蛉科) 是中国特有属，分布于秦巴山区和青藏高原东部边缘，呈现出独特的Y字形分布格局，主要发生于冷凉、潮湿的高海拔山区，是重要的生态指示昆虫。我们前期研究发现，双角蝎蛉属种间、种内存在复杂的形态变异，致使物种界定困难，影响了其系统发育和多样性研究。本项目拟采用整合分类学和谱系地理学方法，从形态学、交配行为学、分子生物学、形态测量学、细胞遗传学以及谱系地理学等角度，研究双角蝎蛉属的物种界定，重建其系统发育关系，探讨独特地理分布格局成因、迁移路线、及其与物种分化的关系。本项目的实施，有望明确双角蝎蛉属物种界定标准，发现可能存在的隐种，阐明其地理分布格局的成因及其与物种形成的关系，并为蝎蛉科其他属以及其它昆虫类群类似问题的解决提供借鉴。

双角蝎蛉属Dicerapanorpa Zhong & Hua是中国特有属，隶属于长翅目Mecoptera蝎蛉科Panorpidae，因雄虫腹部第六节背板后缘具2个指状臀角而得名，主要分布于秦巴山区和青藏高原东部边缘，向南延伸到横断山脉和神农架，呈现出独特的Y字形分布格局。通过4年深入研究，共描述发表双角蝎蛉属12新种，使该属的物种数目从8种增加到20种，基本弄清了该属的种类组成，并编制了该属分种检索表。基于COI，COII，cytb和28S rRNA等4个基因片段，重建了双角蝎蛉属的系统发育和生物地理分布格局。双角蝎蛉属的大多数物种都是近期形成的，最近的共同祖先在早中新世，物种形成与更新世冰期波动关系密切。细胞生物学研究表明，双角蝎蛉属Dicerapanorpa由不低于43的二倍染色体数目和较为简单的染色体带型等细胞学特征支持，是明显的单系群。行为学研究表明，双角蝎蛉属成虫在交配时，雄虫尖锐的生殖刺突在雌性生殖板和下生殖板上造成明显创伤，这些创伤显著提高了雄虫的交配时长，因此受到性选择的青睐。此外，还建立了一新属—广蝎蛉属Megapanorpa Wang & Hua,2019，在蝎蛉科另外描述发表了26个新种。我们还采用分子和细胞遗传学方法来确定蝎蛉科内的系统发育关系，验证此前的分类体系并研究蝎蛉科内染色体的演化过程。结合分子系统发育的细胞遗传学数据显示染色体数目的变化，特别是数目的减少，对蝎蛉科内的属间或亚科间分化起到了关键的作用。现有结果表明染色体融合和易位等重排事件在蝎蛉科染色体演化中起到了决定性的作用，并且是造成染色体数目减少和带型多样化的主要原因。基于近缘种间核型多样性与遗传分化的相关性，我们推测，由染色体重排频率提升而引起的染色体组结构的显著变化可能是蝎蛉科昆虫能够适应复杂环境变化的关键。