中大新聞網訊（通訊員王艷會）海蝽科是昆蟲綱中罕見的嚴格海生類群，主要分布于太平洋和印度洋的熱帶海域。人類所知的第一個海蝽科物種由英國昆蟲學家George H. Carpenter于1892年報道，標本由英國人類學家Alfred Cort Haddon采自澳大利亞默里島海域。該科昆蟲在中國的分布記錄由中山大學生命科學學院駱久陽博士、王艷會博士等人于2019年報道，發現于海南省三沙市西沙群島的羚羊礁海域，同時還報道了以中國官方島礁名稱命名的一個新物種——羚羊礁海蝽Hermatobates lingyangjiaoensis（圖1）。
圖1 羚羊礁海蝽雄性個體
由于海生昆蟲通常物種稀少、分布遙遠、生境獨特（圖2），因而進行野外采集和室內研究的難度很大。2018-2019年，中山大學生命科學學院謝強教授研究團隊3次赴羚羊礁海域并短期住島，突破了海蝽采集的瓶頸、獲得大量個體樣本（圖3），隨后生成了包括核基因組、轉錄組、宏基因組等在內的多種數據，為以海蝽為代表深入認識海生昆蟲的起源與適應奠定了數據基礎。
圖2 羚羊礁海域生境
圖3 成功的野外采集為多組學數據的順利生成提供可靠基礎
隨后，該研究團隊基于所生成的高質量核基因組，在節肢動物門的進化框架內進行了六足動物亞門-昆蟲綱的系統發育基因組學研究。結果表明，海蝽科昆蟲起源于侏羅紀早期的約1.92億年前，而該時期正是三疊紀末集群絕滅后海洋珊瑚礁系統漫長的恢復期，至少持續到了侏羅紀中期。珊瑚礁系統大范圍、長時期的恢復過程，很可能是海蝽科起源的古生態學驅動因素。與同時被納入分析的海黽蝽和海寬蝽等昆蟲相比，海蝽的起源更早、很可能是最早成功回到典型海洋環境生活的昆蟲。而這相較于六足動物的海生祖先來說，中間已經相隔了3億多年，昆蟲祖先在成功登陸并分化出高度多樣的類群之后，個別類群再次回到海洋、適應海洋之難，可見一斑。
基因家族擴張/收縮的分析表明，羚羊礁海蝽的基因組發生了較大程度的收縮（26個基因家族顯著收縮，4個顯著擴張），發生收縮的基因家族在形態建成、晝夜節律、蛻皮周期、翅的飛行等方面發揮著重要的作用。而這與海蝽身體構造簡化、受潮汐節律支配、若蟲齡期4個（比通常的5個少一個）、完全無翅等生物學特點高度對應；這意味著，在基因家族層面，海蝽適應海生生活的方式更多在于做“減法”而不是“加法”?；蚪M與宏基因組的基因功能注釋表明，海蝽與共生微生物在脂肪酸合成和降解、糖酵解/糖原異生、TCA循環等代謝通路中具有高度互補的協同關系。
與此同時，該研究在系統發育基因組學分析中，還嘗試突破了基于參考物種基因組中的單拷貝基因構建直系同源集的理論經驗，成功展示了兩拷貝基因同源集用于動物系統發育研究的有效性。這為將來進行動物界門與門之間的關系研究，乃至真核生物不同類群之間的關系研究提示了新的方法論可能性，可以避免死守所謂單拷貝原則造成幾無分子標記可用的窘境。這樣的分析方式此前在植物系統發育研究中較為普遍，本項研究則指出了該方式在動物系統發育研究中的有效性。
近日，該研究成果以“海蝽回歸海洋的3億年進化歷程”為題，在國際頂級學術期刊Proceedings of The Royal Society B發表，中山大學王艷會博士為第一作者，謝強教授為通訊作者，華南師范大學欒云霞教授和荷蘭自然歷史博物館陳萍萍博士等國內外研究者共同參與了本項研究。這是謝強教授團隊繼2019年報道中國新記錄科海蝽科和新物種羚羊礁海蝽（Zootaxa 4679: 527-538）、2022年報道涯蝽科和西沙涯蝽（Zootaxa 5195: 449-467）之后，再次在海生昆蟲研究領域取得關鍵進展。同時，也是團隊繼Ye et al. 2022（Cladistics 38: 403-428）和Men et al. 2022（Biology 11: 837）之后，再次在單項系統發育研究中分析超過150物種。
論文鏈接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2023.0855
