新研究揭示海生昆蟲起源之謎

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近日，中山大學教授謝強團隊與華南師范大學教授欒云霞、荷蘭自然歷史博物館博士陳萍萍等科研人員合作，研究揭示了海生昆蟲起源之謎。相關研究以《海蝽回歸海洋的3億年進化歷程》為題發表于《生物科學》。

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。由于海生昆蟲通常物種稀少、分布遙遠、生境獨特，因而進行野外采集和室內研究的難度很大。

羚羊礁海蝽雄性個體。研究團隊 供圖

2018-2019年，謝強團隊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，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。

基于所生成的高質量核基因組，研究團隊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。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”。

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。