博客单篇

蜉蝣与蜻蜓原是“近亲”，中国科学家破解昆虫翅膀演化百年谜题

据IT之家10月13日消息，新华社报道显示，由中国科学院南京地质古生物研究所和南京师范大学主导的一个国际科研团队，采用系统发育基因组学技术，成功解开了困扰昆虫学界长达百年的“古翅类难题”。相关研究成果已于今日在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表。

该研究证实，蜉蝣和蜻蜓互为姊妹群，共同组成了“古翅类”，而古翅类则是拥有可折叠翅膀的新翅类的姐妹支系。

IT之家注释：“古翅类难题”是指蜉蝣目、蜻蜓目以及翅膀可折叠的新翅类这三类有翅昆虫之间的系统发育关系长期未能得到明确界定。

此前，科学界对蜻蜓、蜉蝣及其他有翅昆虫的亲缘关系一直存在分歧，这是昆虫系统发育研究中最难解析的节点之一。在此次研究中，团队充分利用中国丰富的蜉蝣物种资源，新测定了16种本土蜉蝣的核基因组，并结合了百余种昆虫的基因组与转录组数据，弥补了以往关键类群样本采集不足的缺陷。

多种系统发育基因组学分析方法的结果均一致支持古翅类的单系性，即蜉蝣目与蜻蜓目互为姊妹群，它们共同构成的“古翅类”才是新翅类的姐妹支系。这一结论修正了长期以来基于形态特征的传统观点。此前，有学者根据古翅类翅膀无法折叠、看似“更原始”的特征，推测其起源应早于新翅类。新研究则表明，两者分化后各自独立演化出不同的翅基结构：古翅类特化出刚性翅基以适应滑翔或高速飞行，而新翅类则演化出可折叠的翅根关节，便于在狭小环境中活动。

研究还结合13个化石校准点与分子钟数据，更新了有翅昆虫的起源时间。分子钟结果显示，冠群有翅昆虫可追溯至早泥盆世，距今约4.19亿至3.93亿年前；古翅类冠群则起源于晚泥盆世。昆虫翅膀在演化史上只出现了一次，今天的蜂、蝶、蜻蜓的翅膀皆源自同一远古共同祖先。新翅类依靠独立的第三腋片旋转将后翅折叠覆盖到腹部的机制，为石炭纪之后新翅类的爆发式辐射奠定了生理与生态基础。

据南京古生物所介绍，该研究还揭示了此前基于组学数据的研究为何无法解决古翅类问题：在早期有翅昆虫快速辐射阶段，不完全谱系分选与基因树估计误差的共同作用，使得多达约40%的基因树与物种树不一致，导致不同分析方法得出相互矛盾的结论。该研究通过串联法与溯祖法、多种演化模型、拓扑检验及基因位点级信号解剖等分析，系统检验了发育信号。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳表示，昆虫飞上天空是陆地生命演化史上里程碑式的重大革新，翅膀的诞生让昆虫拥有了全新的活动领域，也改变了陆地生态系统的面貌。南京师范大学教授周长发表示，两条演化道路并行发展，共同塑造了今天昆虫多样的飞行方式和丰富的物种。

论文第一作者为南京师范大学博士后杜诗雨和南京古生物所博士生王业浩，蔡晨阳研究员与周长发教授为共同通讯作者，美国自然历史博物馆Michael S. Engel教授等参与了研究。

IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1073/pnas.2614706123