中大新聞網(wǎng)訊（通訊員王艷會）海蝽科是昆蟲綱中罕見的嚴(yán)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(xué)家George H. Carpenter于1892年報道，標(biāo)本由英國人類學(xué)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院駱久陽博士、王艷會博士等人于2019年報道，發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)、生境獨(dú)特（圖2），因而進(jìn)行野外采集和室內(nèi)研究的難度很大。2018-2019年，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院謝強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)錄組、宏基因組等在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)，為以海蝽為代表深入認(rèn)識海生昆蟲的起源與適應(yīng)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
圖2 羚羊礁海域生境
圖3 成功的野外采集為多組學(xué)數(shù)據(jù)的順利生成提供可靠基礎(chǔ)
隨后，該研究團(tuán)隊(duì)基于所生成的高質(zhì)量核基因組，在節(jié)肢動物門的進(jìn)化框架內(nèi)進(jìn)行了六足動物亞門-昆蟲綱的系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究。結(jié)果表明，海蝽科昆蟲起源于侏羅紀(jì)早期的約1.92億年前，而該時期正是三疊紀(jì)末集群絕滅后海洋珊瑚礁系統(tǒng)漫長的恢復(fù)期，至少持續(xù)到了侏羅紀(jì)中期。珊瑚礁系統(tǒng)大范圍、長時期的恢復(fù)過程，很可能是海蝽科起源的古生態(tài)學(xué)驅(qū)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(huán)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(jīng)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(yīng)海洋之難，可見一斑。
基因家族擴(kuò)張/收縮的分析表明，羚羊礁海蝽的基因組發(fā)生了較大程度的收縮（26個基因家族顯著收縮，4個顯著擴(kuò)張），發(fā)生收縮的基因家族在形態(tài)建成、晝夜節(jié)律、蛻皮周期、翅的飛行等方面發(fā)揮著重要的作用。而這與海蝽身體構(gòu)造簡化、受潮汐節(jié)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(xué)特點(diǎn)高度對應(yīng)；這意味著，在基因家族層面，海蝽適應(yīng)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(huán)等代謝通路中具有高度互補(bǔ)的協(xié)同關(guān)系。
與此同時，該研究在系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)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(gòu)建直系同源集的理論經(jīng)驗(yàn)，成功展示了兩拷貝基因同源集用于動物系統(tǒng)發(fā)育研究的有效性。這為將來進(jìn)行動物界門與門之間的關(guān)系研究，乃至真核生物不同類群之間的關(guān)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(biāo)記可用的窘境。這樣的分析方式此前在植物系統(tǒng)發(fā)育研究中較為普遍，本項(xiàng)研究則指出了該方式在動物系統(tǒng)發(fā)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(jìn)化歷程”為題，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Proceedings of The Royal Society B發(fā)表，中山大學(xué)王艷會博士為第一作者，謝強(qiáng)教授為通訊作者，華南師范大學(xué)欒云霞教授和荷蘭自然歷史博物館陳萍萍博士等國內(nèi)外研究者共同參與了本項(xiàng)研究。這是謝強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)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(lǐng)域取得關(guān)鍵進(jìn)展。同時，也是團(tuán)隊(duì)繼Ye et al. 2022（Cladistics 38: 403-428）和Men et al. 2022（Biology 11: 837）之后，再次在單項(xiàng)系統(tǒng)發(fā)育研究中分析超過150物種。
論文鏈接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2023.0855
