世界锹甲属Lucanus Scopoli 的系统发育、生物地理及物种界定

Lucanus Scopoli is the most recognized stag beetles as the type genus of Lucanidae. Members of this genus have sophisticated variation, amazing sexual selection behavior, world-wide distribution and numerous subspecies differentiation. Thanks to the traits, these beetles are perfect examples for discovering speciation mechanism. Also, they distributed disjunctly between the Eurasia and American continent. So Lucanus could be an ideal model for biogeographic study. In this project, we selected this genus as subjects to reveal their speciation mechanism and explain why they are presented the current biogeographical pattern. Mult-genes are sequenced for carrying out the phylogeny work. An integrated approach is used to analyze the morphological, molecular, fossil, historic geography, geology and climate data comprehensively. Our aim is to clarify the problematic species group, to explain the speciation mechanisms, to deeply explore the evolutionary history of beetles in the Northern Hemisphere, and to provide useful data for these popular beetles’ conservation.

锹甲属Lucanus Scopoli是锹甲科昆虫的最典型代表。其形态复杂、行为特殊、分布广泛、亚种分化普遍，是研究物种形成与分化的良好素材，且在北半球跨欧亚—美洲大陆间断分布，是研究昆虫地理格局演化的理想模型。本项目以该属为研究对象，从其在全球尺度下的现有地理格局入手，充分利用其在中国区域的丰富物种资源，整合分析形态、分子、地理、化石、古今地质、气候变迁等多源数据，重建其系统发育，以探明该属种间及种下的亲缘关系，揭示其遗传变异、谱系分化及物种形成机制，阐释其现有间断地理格局的演化机理。相关结果不仅将切实解决该属的疑难分类问题，也将为全面认识甲虫的多样性形成、理解北半球甲虫区系的时空演化格局提供更多科学参考，并为开展这类观赏昆虫的生态保育提供必要的基础数据。

本项目以间断分布于北半球的锹甲属为研究对象，综合运用分子系统学、谱系地理学、古生物学的方法和技术，整合分析获得的多源数据。广义锹甲属的单系性得到了很好支持。该属的多样化积累始于早渐新世，随后分别在早中新世、中中新世和晚中新世快速演化。我国横断山脉的谱系分化最早且丰富，显示该地是其他支系的“避难所”和“供给地”。在日本群岛，更新世早期的分化可能因气候振荡、间断事件、地理隔离和遗传漂移影响所致。台湾岛的祖先谱系则可能因上新世季风交替、气候变冷变干的共同影响，通过陆桥从大陆扩散而来。随后，台湾岛与大陆分离、岛内中央山脉隆升、更新世气候振荡促进了岛内物种分化。总体来看，中新世—更新世期间青藏高原（包括横断山脉）隆升、地理间断和隔离、季风演化等共同塑造了该属的多样化与现有分布格局。另外，对属内亚属关系、斑股锹甲种团、福运锹甲种团的物种予以修订，并在同域分布种中检测到基因渐渗现象。. 项目研究结果追溯了锹甲属的进化历史，阐释了塑造其物种多样化的重要因素，解决了亚属、代表性疑难种团的分类问题，分析了影响其物种丰富度和分布格局的环境因子。相关工作不仅为准确掌握锹甲的生物多样性、开展其生态保护工作提供了详实的分子、地理及环境因子数据，也为探索渐新世以来环境变迁、气候动荡以及中国西南山地隆升在物种演化进程中的作用提供更多参考。