喀斯特地貌生境隔离对洞穴鱼类物种形成和分布格局的作用机制

Species concept has always been one of the key concept in biology, speciation is the most basic and important biological topic. Different species can be distinguished by reproductive isolation. Models of speciation are mainly including allopatric speciation, parapatric speciation and sympatric speciation. The distribution of fishes was affected by the evolution of river systems. Fishes always be good materials for studying the mechanisms of speciation. We noticed that in the karst region, many underground rivers have cave fishes, such as Sinocyclocheilus, Oreonectes and Triplophysa fishes. The distribution of these fishes has the phenomenon of "one species in one cave" and "several species in one cave”, these phenomena present parapatric speciation and sympatric speciation. We will focused on important cave species (Sinocyclocheilus and loaches), using theories of morphological taxonomy, molecular phylogenetic, molecular clock and historical biogeography, to discuss species diversity, molecular phylogeny, and historical distribution of cavefishes. Another purpose of the project is classification some questionable species and discussing the speciation and distribution pattern of some congeneric species distributed in a small region. All these results may give more details on origin and evolution of cave fishes in karst area in southern China.

物种概念一直是生物学领域中关键问题之一，物种形成是生物学研究的最基本，也是最重要的课题。生殖隔离可以把不同物种区别开来。物种形成方式主要有异域、邻域和同域物种形成。鱼类物种分布受河流水系的影响，是研究物种形成机制的好材料。前期研究中，申请者注意到在喀斯特地区，众多特有的地下河洞穴鱼类，如金线鲃属、岭鳅属和高原鳅鱼类现出“一洞一种”和“一洞多种”现象，呈现出邻域和同域物种形成模式。本项目将运用形态分类学、分子系统发育和历史生物地理学手段和原理，以喀斯特地区重要类群鱼类(金线鲃属和鳅类)为研究对象，明确这一类群鱼类的物种多样性、系统关系，分布格局和历史生物地理学过程；对部分疑问种进行分类地位讨论；以小范围内集中分布的同属物种探讨喀斯特地区洞穴鱼类物种形成过程和物种分布格局。本项目为揭示中国南方喀斯特地区洞穴鱼类的起源和演化提供理论和案例支持。

洞穴鱼类是喀斯特地貌区的特殊类群，对其物种形成和分布格局的研究有助于理解物种形成过程和物种对环境的适应性进化。项目以金线鲃属和鳅科鱼类为代表的典型洞穴鱼类为研究对象，对部分属种完成了分类修订，较完整地重建了云南鳅种族系统发育关系，较全面的构建了金线鲃属鱼类的系统关系并分析了这一类群的肠道微生物群和侧线系统神经丘，初步探清了以金线鲃属鱼类为代表的典型洞穴在喀斯特地区物种分化过程及对洞穴环境的适应性进化机制。项目研究发现鱼类3新种，对小眼双须鳅的分类地位进行了合理验证；完成云南鳅种族鱼类的分子系统关系，修订了3种洞穴鳅类的分类地位；完成广西凌云洞穴鱼类自然保护区和凌云浩坤湖国家湿地公园的鱼类物种多样性调查；完成2种金线鲃鱼类的线粒体全基因组序列分析，并较全面的构建了金线鲃属鱼类的系统关系；田林金线鲃和小眼金线鲃为系统树独立分支；发现2个金线鲃属鱼类隐存种；天峨金线鲃为有效种；金线鲃属鱼类至少有3个独立的盲鱼起源型，该属鱼类起源于10.16百万年，大部分物种形成于2百万年以内，物种分化得益于青藏高原隆起伴随着中新世晚期至上新世的气候干旱过程中该类群鱼类对洞穴环境的占据和适应；金线鲃属鱼类物种形成呈现同域、邻域、异域成种的多种模式，表现明显的适应辐射；不同生境类型金线鲃属鱼类肠道菌群结构存在显著差异，微生物群从野生到圈养发生显著变化；多数金线鲃属鱼类的头部神经丘表现向右侧向性，侧线系统的变异模式与眼睛的大小和地理分布存在一定的相关性；侧线系统介导的不对称行为特征也是对洞穴环境的适应。