“哑蝉”的发声行为生态学与系统地位研究

普通蝉科昆虫以其雄性鸣声嘹亮而闻名，但局限分布于中国中、南部及缅甸北部的华蝉族Sinosenini昆虫却因鼓膜发音器和副发音器均缺失而不能鸣叫，因此被称作"哑蝉"，成为蝉科一个独特分支。在发声机制方面，目前仅知该类群雄性可通过翅拍击腹部发声，但雌性对雄性的应激反应及其他行为生态学特性仍然未知。另外，该类群部分单元种级/种群分化水平亟待断定，区系格局和系统演化仍然未知，与相近类群的关系更待确定。.本项目拟综合应用行为生态学、比较形态学、DNA 条形码技术和动物系统学研究方法获取多方面信息和证据，明晰哑蝉的发声求偶等行为生态学特性，确定存疑单元的分化水平，准确评估该类群的隐存生物多样性和区系格局，并寻绎分析该类群及相近类群的系统发育关系，确定该类群的系统地位，为整个蝉总科的发声求偶行为分化和系统演化研究提供新的理论依据。

本项目综合采用行为生态学、比较形态学、DNA条形码技术、支序系统学、生物地理学研究方法，对蝉科的华蝉族Sinosenini及相关类群进行了研究。在行为生态学方面，采用生物声学分析方法，明晰了哑蝉属Karenia、枯蝉属Subpsaltria、马蝉属Platylomia等相关类群的发音机制、声音信号特性及其在求偶、配对过程中的生态学功能，发现一种新的发音机制（哑蝉属昆虫的“前翅—腹瓣”拍击发音机制），并在昆虫纲首次发现“种内声音拟态”现象。在形态学方面，采用比较形态学和高光谱成像分析等技术，对哑蝉属及相关类群的前翅、腹瓣、X-隆起、嵌翅沟等进行了重点研究，结果表明哑蝉属昆虫这些结构均显著特化，明显有别与其他类群。另外，枯蝉属昆虫雌、雄性都另具摩擦发音器官，其音锉和刮器分别由中胸背板前侧角和前翅内缘基部的叶状突特化而成。对蝉总科代表种类的触角形态、感器类型及其分布、头壳、足、生殖节等进行了比较形态学研究，并以此为基础对各类群的系统发育关系进行了分析探讨，结果表明华蝉族与姬蝉亚科Cicadettinae (= Tibicininae auct.)各类群差异较大，而与蝉亚科Cicadinae的相关类群亲缘关系更近。对蝉总科及角蝉总科、沫蝉总科代表类群的唾液腺、消化道、马氏管、贮菌体等器官的整体形态及部分类群的超微结构进行了研究，探讨了相关的形态结构与功能分化在系统演化方面的意义；结果同样表明华蝉族与蝉亚科相关类群更相近。对代表类群的唾液腺、消化道、贮菌体进行了微生物（共生菌）多样性分析研究，首次在唾液腺附腺导管、咽腺和指状突等处发现杆状微生物，为进一步探究蝉科昆虫与内共生菌的协同进化研究提供了新信息。在系统学方面，建立9个新种，确认了相关类群的新异名；基于形态学和分子数据对相关类群进行了遗传分化和系统发育研究，明晰了华蝉族等存疑类群的分化水平及系统地位（华蝉族应从姬蝉亚科转移至蝉亚科），并结合形态学、分类学和系统发育研究结果对相关分类系统进行了修订。在生物地理学方面，结合形态学、分子系统学研究结果和地理分布信息，重点对哑蝉属、草蝉属、透翅蝉属等类群进行了研究，廓清了这些类群的地理分布格局及生物多样性水平，探讨了其起源、扩散、分衍及影响其谱系地理形成的主要原因。本项目所获研究结果为进一步深入探讨蝉总科昆虫的求偶发声行为分化及系统演化提供了新的信息。