蝗虫科遗传关系的研究指向南美洲

蚱蜢是世界上无处不在的昆虫群之一，从草原到热带雨林，到孤立的山脉到沙漠，到处都是蚱蜢。现在，由于对蚱蜢的遗传关系进行了长达十年的分析，科学家们已经清楚地了解了蚱蜢为实现这种多样性而采用的进化途径 - 这一研究结果成为南美洲最广泛的蝗虫世界的发源地，不像以前想的那样非洲。

为了进行这项研究，德克萨斯A&M大学和阿根廷Museo de La Plata的一组研究人员收集了来自22个国家的蝗虫标本并提取了DNA样本。研究人员从142种蝗虫物种中抽取出来，分析了这些样本中核和线粒体基因组的核苷酸序列，以了解世界各地的各种蝗虫物种是如何相关的。研究结果，这是有史以来第一次对蝗科的整体遗传分析，今天发表在昆虫系统学和多样性研究中。

“我们利用不同物种之间核苷酸的差异来推断这种关系，”德克萨斯A&M昆虫学副教授，该研究的第一作者Hojun Song博士说。“例如，密切相关的物种将共享相似的核苷酸序列，因为它们共有一个共同的祖先，但远缘相关的物种将在它们之间具有更多不同的核苷酸。”

由此产生的系统发育 - 大致类似于家谱，但在这种情况下，蝗虫是蝗虫最大的分类学家族 - 为科学提供了一种新的，更细致的理解蚱蜢如何进化。它表明蝗科内的蝗虫从一个共同的祖先下降和多样化，但许多目前公认的亚科被认为是“副系”，这意味着它们不能缩小到它们在蝗科家族树上的单一共同祖先。

从历史上看，由于趋同进化，蚱蜢分类学一直很困难，其中不紧密相关的生物体在适应类似环境时会发展出类似的外部特征和外观。因此，分类学家通常将不相关的物种分组到相同的分组中，因为它们具有相似的会聚体形式。同时，物种之间通常只存在微小的物理差异，导致分类学家依靠雄性蚱蜢生殖器作为区分物种的主要标识符。但Song及其同事表示，他们的遗传分析提供了一种新的视角，分类学家可能会通过这种视角重新审视蚱蜢的分类。

“有一些亚科，如Catantopinae和Hemiacridinae，几十年来被认为是分类学倾倒地，”宋说。“这意味着许多不相关的群体已经积累在这些人工群体中。显示这些群体的副学性质是重新分类分类学的第一步，我们预计在不久的将来蚱蜢分类会有一些重大转变。”

也许最重要的变化是确定蝗虫科的蚱蜢的共同祖先生活在南美而非非洲。科学家过去认为蝗科起源于非洲，因为许多其他相关家庭存在于非洲，因为南美蝗虫尚未得到充分发掘。遗传分析包括来自外部8个物种的样本，但与蝗科中的样本相关。在那些抽样的“外群”物种中，在遗传分析中被认为最密切相关的物种都是南美洲原产的。研究人员还研究了化石标本以校准某些蚱蜢亚科的年龄，他们发现蝗科中最早的分歧谱系也主要在南美洲发现。

“这些关系共同指向这个世界主义大家庭的南美血统，”宋说。“我们经过时间校准的树显示，蝗科起源于5930万年前的新生代古新世。”

在历史的这一点上，南美洲和非洲的大陆已经分开，但与目前的位置相比更接近，北非被热带雨林所覆盖，就像南美洲的亚马逊地区一样。Song及其同事提出，蝗科的单一祖先首先从其南美洲的亲戚分支出来，然后在大约5700万年前的某个时间穿越大西洋。那些蚱蜢“殖民者”在非洲找到了合适的栖息地，然后在非洲迅速辐射和多样化，进入欧洲和亚洲。之后，遗传分析指出至少有三个随后的重新移植事件，其中蚱蜢遍布北美，进一步推动其全球传播和多样化。

鉴于蚱蜢在昆虫领域的标志性地位，宋说他很惊讶以前没有人试图通过分子遗传技术建立蝗科的系统发育。新的努力是通过国家科学基金会为国际科学基金会提供的，可以追溯到2008年，直翅目的进化研究，昆虫秩序包括蝗虫及其亲戚，如蝗虫，蟋蟀和k ..在这样的系统发育项目甚至可以开始之前，在国际合作者的贡献的帮助下，需要多年的实地工作来收集所需的各种样本物种。

“说这项研究需要10年才能完成，这并不夸张，”宋说。“这种类型的研究需要大量的分类抽样来恰当地代表已知的多样性，这可能是任何大规模系统发育研究中最具挑战性但也是最令人兴奋的方面。”

已知蝗科含有约6,700种。因此，虽然新的遗传分析在蚱蜢家族中是最详细的，但它所采样的物种仅占蝗科全部多样性的2%。宋说他和他的同事都渴望进一步建立蚱蜢家谱。

“我们计划在未来增加分类单位采样，并使用更多的系统发育标记来建立更全面的系统发育。与此同时，我们计划对家族中的主要群体进行重新分类，以便分类能够反映单系群体，”他说。