基于CT扫描及几何形态测量标记的中生代膜翅目昆虫口器多样性及演化序列分析

Mouthparts is a crucial part of the insect morphological structures and so its orign, diversity and co-evolution with environment are hot and challenging research topic. We devote our attentions mainly to Mesozoic hymenopteran insect fossils (including Cretaceous amber from Myanmar). In addition, extant species will be used for reference in this program. Our studies focus on qualitative and quantitative methods, microscopic and macroscopic models as well as two-dimensional and three-dimensional dimensions to find out the origin, early evolution and morphological diversity of the different types of hymenopteran mouthparts. Based on morphological characters and morphological comparison method, fossil insect mouthpart types are recognized and the diversity level of mouthparts is reconstructed. Micro-CT approach is utilized to scan the morphological structure among different mouthpart types. In addition, we also observe the distinct variation among these different mouthparts by geometric morphometric analyses. Our results will explore the morphological characters and diversity of hymenopteran mouthpart types from the Mesozoic, and then to optimize the variation information of morphological structure; analyze the relationship between morphological structure of mouthparts and environment changes and feeding mechanism; further constructe evolutionary series of hymenopteran mouthparts. Therefore, this program will provide some reliable empirical materials and theoretical foundation for the origin, early evolution and the relationship between structure of the mouthparts and feeding mechanism and environment changes within Mesozoic Hymenoptera.

口器是昆虫形态结构研究中一个至关重要的部分，口器的起源、多样性以及与环境的协同演化一直是昆虫学研究领域的热点和难点。本项目拟以我国丰富的中生代膜翅目昆虫化石（包括缅甸白垩纪琥珀昆虫）为研究材料，并参考现生类群，综合运用形态比较方法、高分辨率计算机断层扫描及几何形态测量等技术和手段，整合定性与定量、宏观与微观、二维和三维等各方面数据，对膜翅目昆虫不同口器类型的起源、早期演化及其形态多样性进行研究。本研究将明确不同口器类型的形态结构特征及分异情况，完善不同口器类型形态结构变异信息；分析口器形态结构与生态环境、取食机制的关系；构建膜翅目昆虫口器演化和发展的组合序列；为探讨昆虫口器起源、早期演化，以及口器结构与取食机制、环境变迁之间相互关系等提供可靠的实证材料和理论依据。

膜翅目属于多样性极高的一个昆虫类群，在漫长的演化历程中其口器结构发生了明显的演化与分异，但以往对该昆虫类群口器形态结构的研究非常薄弱，其口器的起源、早期演化、多样性及形态功能等方面存在诸多尚未解决的问题。本项目系统收集了中国东北中生代地层（早白垩世热河生物群、中侏罗世燕辽生物群）及缅甸克钦白垩纪地层（白垩纪中期缅甸琥珀生物群）产出的膜翅目化石，研究发现：1）借助CT扫描及三维重建和可视化技术，初步筛选出了包含典型咀嚼式、典型爵吸式及咀嚼式向吮吸式进化过渡的共计6类不同口器类型，结合几何形态测量方法将代表性的膜翅目昆虫化石上颚形态特征进行了全面解析，研究发现膜翅目部分类群的口器具有明显的雌雄异型现象，且这种现象主要表现在上颚结构方面，而上唇、下颚和下唇结构部分形态差异不显著；该部分研究为膜翅目口器的早期演化规律、口器结构与取食行为、环境变迁及形态结构功能间的相互关系提供了重要数据支撑；2）基于详尽的分类学，共修订9族、2属鉴定特征，并新建7个新属、8个新种和1个新属种组合；编制了Xyelidae亚科及族级水平和姊妹群Syspastoxyelidae属级水平的分类检索表；3）基于形态学证据，利用支序分类学分析手段重建了中生代膜翅目重要代表类群的系统发育框架，探讨了膜翅目口器的起源及早期演化历史；其研究结果为中生代膜翅目系统演化序列提供了一些新的证据和认识，也进一步验证了中生代膜翅目系统演化历史。项目执行期间发表学术论文20篇，其中第一及通讯作者SCI论文10篇，中文综述论文1篇；获得高等学校科学技术奖和自然科学优秀学术成果奖2项，申报相关专利3项。