菊头蝠属蝙蝠姐妹种的物种分化研究

Speciation is one of the most important events for the biological evolutionary process, and it is also important for the investigation of the formation and maintenance of biological diversification. Sister species, as closely related species, are important models to study evolutionary events that promote speciation. In this proposal, in the context of the large geographic scale of China, we select three pairs of sister species of Rhinolophus bats to study the species differentiation patterns and evolutionary forces, using the theories and methods of ecology and genetic evolution fields. We will investigate the ecological and climatic characteristics of different habitats. Based on the comparative analyses of morphological, acoustic and genetic differentiationof bat sister species pairs, our aims are to study the phylogenetic lineages, the population genetic structure, the evolutionary history, and the morphological and acoustic differentiation patterns, in order to determine the major evolutionary drivers for genetic and phenotype differentiation, and to evaluate the relative importance of drift and selection in the differentiation of the sister species. Combined with the differentiation patterns of bat sister species pairs, the mechanism of promoting speciation and differentiation among sister species would be clarified at ecological, morphological, acoustic and genetic levels. This study would produce novel results in the theoretical research of speciation and would have significance for understanding the formation and maintenance of biological diversification.

物种形成是生物进化的重要标志，是解析生物多样性形成与维持机制的关键，亲缘关系最近的姐妹种恰是揭示物种形成机制的重要模型。本项目拟在大地理尺度范围内，选择中国菊头蝠属仅有的3对姐妹种蝙蝠为研究对象，运用行为生态和遗传进化的理论及方法，结合栖息地生态环境、气候特征和地质事件等，通过对菊头蝠姐妹种形态和声学表型以及遗传分化的系统研究，阐明姐妹种的系统进化谱系、遗传结构、进化历史、形态和声学地理变化模式，揭示姐妹种遗传分化和表型变异的主要进化驱动力，明确漂变和选择作用的相对重要性，通过姐妹种间的比较分析，从形态、声学和遗传水平揭示姐妹种物种形成和分化机制。本项目将在物种形成理论研究方面取得创新性成果，对深入理解物种多样性的形成和维持机制具有重要意义。

亲缘关系最近的姐妹种是揭示物种形成机制的重要模型。本项目以蝙蝠姐妹种为研究对象，整合遗传（线粒体和核基因）、形态和声学表型数据，揭示了蝙蝠近缘种间的系统进化谱系、遗传结构、进化历史和表型地理变异模式及其进化动力。研究发现大耳菊头蝠复合体具有复杂的进化历史，起源于更新世早期1.51 Ma，随后在不同冰期种群发生分化，形成两个姐妹种，大耳菊头蝠和华南菊头蝠。线粒体标记结果显示大耳菊头蝠相对华南菊头蝠为并系，然而核标记结果显示二者互为单系，表型分化与核标记一致，这种线粒体和核标记结果的不一致可以是由于古气候波动、共享的祖先多态性和基因渗入所致。基于二者不同的地理分布和相似的遗传多样性水平，推断异域物种形成方式的发生。同时，基于核标记结果发现奥氏菊头蝠为大耳菊头蝠复合体最近的姐妹种，然而线粒体标记显示奥氏菊头蝠混合聚类在大耳菊头蝠复合体内，且存在共享单倍型，暗示了物种间线粒体置换现象的发生。此外，发现大耳菊头蝠所在的菲律宾菊头蝠组物种呈现并系排列，除菲律宾菊头蝠外，其他物种形成一个单系，起源于2.57 Ma，基于线粒体和核标记结果明确了该物种组内蝙蝠的分类地位和系统发育关系。研究还发现姐妹种普通长翼蝠和大长翼蝠互为单系，二者沿北回归线呈南北分化，起源于2.26 Ma；发现东亚马铁菊头蝠最近共同祖先存在于0.22 Ma，推测该物种起源于中国东北和韩国地区，通过大陆桥或借助台风进入了日本，并发生了种群扩张。此外，发现大耳菊头蝠、中华菊头蝠和皮氏菊头蝠声波存在明显的地理变化，但文化漂变和生态选择对不同物种声波变异的作用不同。上述研究结果阐明了蝙蝠姐妹种间和种群间的遗传分化现状、表型分化模式及可能的进化动力，在物种形成和分化研究领域取得了创新性成果，对深入理解物种多样性的形成和维持机制具有重要意义。