蚱蜢是世界上無處不在的昆蟲群之一，從草原到熱帶雨林，到孤立的山脈到沙漠，到處都是蚱蜢?，F(xiàn)在，由于對蚱蜢的遺傳關(guān)系進(jìn)行了長達(dá)十年的分析，科學(xué)家們已經(jīng)清楚地了解了蚱蜢為實現(xiàn)這種多樣性而采用的進(jìn)化途徑 - 這一研究結(jié)果成為南美洲最廣泛的蝗蟲世界的發(fā)源地，不像以前想的那樣非洲。

為了進(jìn)行這項研究，德克薩斯A&M大學(xué)和阿根廷Museo de La Plata的一組研究人員收集了來自22個國家的蝗蟲標(biāo)本并提取了DNA樣本。研究人員從142種蝗蟲物種中抽取出來，分析了這些樣本中核和線粒體基因組的核苷酸序列，以了解世界各地的各種蝗蟲物種是如何相關(guān)的。研究結(jié)果，這是有史以來第一次對蝗科的整體遺傳分析，今天發(fā)表在昆蟲系統(tǒng)學(xué)和多樣性研究中。

“我們利用不同物種之間核苷酸的差異來推斷這種關(guān)系，”德克薩斯A&M昆蟲學(xué)副教授，該研究的第一作者Hojun Song博士說。“例如，密切相關(guān)的物種將共享相似的核苷酸序列，因為它們共有一個共同的祖先，但遠(yuǎn)緣相關(guān)的物種將在它們之間具有更多不同的核苷酸。”

由此產(chǎn)生的系統(tǒng)發(fā)育 - 大致類似于家譜，但在這種情況下，蝗蟲是蝗蟲最大的分類學(xué)家族 - 為科學(xué)提供了一種新的，更細(xì)致的理解蚱蜢如何進(jìn)化。它表明蝗科內(nèi)的蝗蟲從一個共同的祖先下降和多樣化，但許多目前公認(rèn)的亞科被認(rèn)為是“副系”，這意味著它們不能縮小到它們在蝗科家族樹上的單一共同祖先。

從歷史上看，由于趨同進(jìn)化，蚱蜢分類學(xué)一直很困難，其中不緊密相關(guān)的生物體在適應(yīng)類似環(huán)境時會發(fā)展出類似的外部特征和外觀。因此，分類學(xué)家通常將不相關(guān)的物種分組到相同的分組中，因為它們具有相似的會聚體形式。同時，物種之間通常只存在微小的物理差異，導(dǎo)致分類學(xué)家依靠雄性蚱蜢生殖器作為區(qū)分物種的主要標(biāo)識符。但Song及其同事表示，他們的遺傳分析提供了一種新的視角，分類學(xué)家可能會通過這種視角重新審視蚱蜢的分類。

“有一些亞科，如Catantopinae和Hemiacridinae，幾十年來被認(rèn)為是分類學(xué)傾倒地，”宋說。“這意味著許多不相關(guān)的群體已經(jīng)積累在這些人工群體中。顯示這些群體的副學(xué)性質(zhì)是重新分類分類學(xué)的第一步，我們預(yù)計在不久的將來蚱蜢分類會有一些重大轉(zhuǎn)變。”

也許最重要的變化是確定蝗蟲科的蚱蜢的共同祖先生活在南美而非非洲?？茖W(xué)家過去認(rèn)為蝗科起源于非洲，因為許多其他相關(guān)家庭存在于非洲，因為南美蝗蟲尚未得到充分發(fā)掘。遺傳分析包括來自外部8個物種的樣本，但與蝗科中的樣本相關(guān)。在那些抽樣的“外群”物種中，在遺傳分析中被認(rèn)為最密切相關(guān)的物種都是南美洲原產(chǎn)的。研究人員還研究了化石標(biāo)本以校準(zhǔn)某些蚱蜢亞科的年齡，他們發(fā)現(xiàn)蝗科中最早的分歧譜系也主要在南美洲發(fā)現(xiàn)。

“這些關(guān)系共同指向這個世界主義大家庭的南美血統(tǒng)，”宋說。“我們經(jīng)過時間校準(zhǔn)的樹顯示，蝗科起源于5930萬年前的新生代古新世。”

在歷史的這一點上，南美洲和非洲的大陸已經(jīng)分開，但與目前的位置相比更接近，北非被熱帶雨林所覆蓋，就像南美洲的亞馬遜地區(qū)一樣。Song及其同事提出，蝗科的單一祖先首先從其南美洲的親戚分支出來，然后在大約5700萬年前的某個時間穿越大西洋。那些蚱蜢“殖民者”在非洲找到了合適的棲息地，然后在非洲迅速輻射和多樣化，進(jìn)入歐洲和亞洲。之后，遺傳分析指出至少有三個隨后的重新移植事件，其中蚱蜢遍布北美，進(jìn)一步推動其全球傳播和多樣化。

鑒于蚱蜢在昆蟲領(lǐng)域的標(biāo)志性地位，宋說他很驚訝以前沒有人試圖通過分子遺傳技術(shù)建立蝗科的系統(tǒng)發(fā)育。新的努力是通過國家科學(xué)基金會為國際科學(xué)基金會提供的，可以追溯到2008年，直翅目的進(jìn)化研究，昆蟲秩序包括蝗蟲及其親戚，如蝗蟲，蟋蟀和k ..在這樣的系統(tǒng)發(fā)育項目甚至可以開始之前，在國際合作者的貢獻(xiàn)的幫助下，需要多年的實地工作來收集所需的各種樣本物種。

“說這項研究需要10年才能完成，這并不夸張，”宋說。“這種類型的研究需要大量的分類抽樣來恰當(dāng)?shù)卮硪阎亩鄻有?，這可能是任何大規(guī)模系統(tǒng)發(fā)育研究中最具挑戰(zhàn)性但也是最令人興奮的方面。”

已知蝗科含有約6,700種。因此，雖然新的遺傳分析在蚱蜢家族中是最詳細(xì)的，但它所采樣的物種僅占蝗科全部多樣性的2%。宋說他和他的同事都渴望進(jìn)一步建立蚱蜢家譜。

“我們計劃在未來增加分類單位采樣，并使用更多的系統(tǒng)發(fā)育標(biāo)記來建立更全面的系統(tǒng)發(fā)育。與此同時，我們計劃對家族中的主要群體進(jìn)行重新分類，以便分類能夠反映單系群體，”他說。