东亚新锹甲属的系统发育、谱系地理及物种分化研究

Neolucanus is an outstanding example to demonstrate significantly scientific value of lucanid beetles process. Most of them have sophisticated morphology with the highly interspecific similarity, greatly intraspecific variation and numerous subspecies division. In virtue of these traits, neolucanid beetles are perfectly adapted for discovering speciation mechanism. Also, about 70% of the known species in the world inhabit subtropical zones in East Asia with a distinctly disjunct distribution among China mainland, Taiwan and Southern Japan, which features indicate they could be ideal materials for studying the insect biogeography in this region. In this project, neoluanid beetles in East Asia are selected as subjects to reveal their speciation mechanism and explain why they are presented the current biogeographical pattern. Five genes are sequenced for carrying out the phylogeographic work. An integrated approach, in which the molecular data and other data obtained previously of morphology, fossil, historic geography, geology and climate are analyzed comprehensively, is applied to reconstruct the phylogeny tree, clarify the phylogenetic lineages among the different populations. The results would be helpful to interpret the problematic species group, to deeply explore the evolution of Lucanidae as a node group of Coleoptera and to explian the mechanisms of beetles' speciation. In addition, all the data can be used to launch conservation work as these beetles are so popular but easy to be threatened in the field.

新锹甲属是极能彰显锹甲科昆虫科研价值的优秀代表。多数种的形态复杂，种间差别小、种内变异大、亚种分化多，是研究物种分化机制的良好素材；且地理分布有特点，70%的世界已知种都栖息于东亚亚热带，在中国大陆、台湾和日本南部呈间断分布格局，可作为研究中国与相邻岛屿昆虫地理格局演化的理想生物。本研究以东亚新锹甲属为对象，选择线粒体及核基因联合标记其分子谱系，在整合分析这些分子数据与已积累的形态、地理分布、化石、古今地理、气候变迁等数据的基础上，重建该属的系统发育关系、探明其种间及种下的亲缘谱系，揭示其在东亚的物种分化机制，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新锹甲属分类中的疑难问题，也将有助于深入剖析锹甲科这一节点类群的进化，为全面认识甲虫的多样性形成、理解东亚及东洋界昆虫区系演变提供更多科学参考，并为开展这类观赏昆虫的生态保育提供必要的基础数据。

本项目采用分子系统学的方法和手段，通过重建新锹甲属的系统发育关系，计算其分化时间，并结合古地质、古气候及古生物学等多源数据进行综合分析，阐释了新锹甲属在东亚的进化历史及影响其物种分化与地理格局的重要因素。在研究过程中，通过高通量测序，首次获得了该属7个种的线粒体基因组全序列数据，并以此为参考，设计和筛选了特异性强的引物，获得了较高质量的短片段数据。相关研究结果表明：新锹甲属是一个单系，与奥锹甲属Odontolabis是姐妹群。中国的新锹甲属可分为3个大的支系，台湾岛的物种与东南支系具有较近的亲缘关系。疑难种团中的华新锹甲复合种聚成一个独立亚支，结合遗传距离的计算结果和物种界定，建议华新锹甲、月斑新锹甲、胜利新锹甲独立种的地位，而黯光新锹甲可以作为胜利新锹甲的一个次异名。分化时间计算显示新锹甲属与其姐妹群的共祖时间出现在渐新世向中新世的过渡时期。新锹甲属内的物种分化最早可追溯到中中新世晚期。在上新世至更新世，属内出现了物种的快速分化。早期的支系分化受到渐新世向中新世过渡时期全球气候、环境变迁的决定性影响：印度－欧亚大陆碰撞而导致的地质事件较为剧烈，青藏高原、喜马拉雅山脉的快速抬升、中南半岛的快速侧向滑动及亚洲季风系统的加强均在此期发生。这些剧烈的环境变迁事件也极为深刻地影响了东亚地区生物的演化及生物多样性格局。属内物种的形成与谱系分化则主要源于新近纪和第四纪的气候变化及地形、地貌的多样性塑造。更新世时在多个避难所内原地避难为现有物种的遗传分化及地理格局的形成提供了可能。本项研究为揭示新锹甲属物种在东亚的系统发育、谱系地理及物种分化提供了重要的理论参考和数据支撑。.