粪食性甲虫的起源、演化及其特化结构的功能形态学研究

By breaking down organic material, dung beetles provide the nutrients that other organisms need to survive and are crucial to the environment. As most previously researches focused on the ecological values of dung beetles, there are a lot of unknowns about the origin and evolution of dung beetles, and the functional morphology of relative structures. Among them, the most three problems are followed: the origin and evolutionary pressure of coprophagy, morphological adaptation of coprophagy, and the relationship between the dung beetle evolution and the rise of mammalian. The intra- and international resources concerned with dung beetles have been linked and combined via this project. Based on the cladistics, geometric morphometrics and molecular systematics approaches, the functional morphology of relative structures of dung beetles will be analyzed in the phylogenetic frameworks. This research will give a big contributions to the biodiversity theory and the mechanism of the ecosystem balance.

粪食性甲虫具有重大生态价值和理论意义，长期以来广受关注。但前人的研究多限于生态学领域，对于粪食性甲虫是如何起源、演化，以及在此过程中，与其相适应结构的功能形态进化历程等重大理论问题仍存在诸多未知，概括而言，主要集中在：取食粪便的起因及进化选择压力探究、取食粪便的形态适应问题、粪食性甲虫进化与哺乳动物崛起的关系等三个方面。申请人具备良好的工作基础和优势积累，拟以蜣螂为研究对象，综合运用支序系统学、几何形态学及分子生物学等技术方法，重点开展现生和古生两个时段，不同阶元之间的系统发生、特化结构对环境（古地理）的响应等方面的研究，力求从多角度解读粪食性对甲虫多样性分化过程中所起到的作用，揭示甲虫多样性形成机制，对丰富物种分化理论做出新的贡献，为生态系统平衡维持机制的研究提供相关参考与现实案例，从而有力促进以几何形态学为核心的功能形态学的发展，并能够在国际上抢占先机和引领新的潮流。

在项目期间，我们共发现了来自4个科10个属的31个新种，涵盖粪金龟科、漠金龟科、金龟科（鳃金龟、丽金龟、绢金龟）和隐食甲科。对香港蜣螂进行了全面整理，共记录13属51种，其中14个为香港新纪录种。出版了《武夷山金龟志》一书，该志书记录了武夷山国家公园内分布的金龟总科昆虫5科105属262种，其中锹甲科38种，黑蜣科3种，粪金龟科8种，绒毛金龟科1种，金龟科212种。来自国内外5家单位的13位作者参与了本书的编写工作。书中含彩色图版14版，包括129种的217幅彩色图，是目前为止，武夷山相关类群研究最详实的报告。书中每个种类均包括引证、主要特征描述和分布情况，并对以往记录的武夷山分布种类进行了讨论。发表古昆虫1个新亚科7个新属7个新种，分别为金龟科1个灭绝新亚科：古勃金龟亚科Electrorubesopsinae的1个新属种（Electrorubesopsis beuteli），驼金龟科2个新属种（Sinohybosorus cheni，Sinochaetodus tridentatus），奇翅目1个新属种（Caputoraptor elegans），锹甲科1新属种（Electraesalopsis beuteli），天牛科1个新属种（Qitianniu zhihaoi），隐翅虫科1个新属种（Cretoprocirrus trichotos）。针对金龟及其近缘类群的重要性状，如前胸背板、鞘翅、后胸叉骨、生殖器等形态开展了定量形态学研究，包括2D和3D形态学分析。研发了几何形态学新软件，实现了多特征几何形态学数据的整合分析。开展了基于线粒体基因组构建叶甲类系统发育的工作。基于108个线粒体基因组，涵盖叶甲科13个亚科的代表类群，将叶甲科13亚科归类为三个科，并解决了大部分亚科的系统关系。基于151个线粒体基因组，涵盖叶甲总科所有亚科的代表类群，天牛类昆虫归属于叶甲总科；将天牛科分为3个科，瘦天牛和暗天牛合并，建议将天牛分为4个科。