探秘蚯蚓明星属:Lumbricus的演化与生物地理密码解析

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:European Journal of Soil Biology 3.7

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  为明确Lumbricus属内系统发育关系,探究其生物扰动行为演化及地理起源,研究人员对 18 个分类群及 4 个线粒体和 1 个核标记进行分析。结果揭示该属 3 个主要分支,明确其起源地等。这为了解入侵物种生态分布提供依据。

  在神秘的土壤世界里,蚯蚓可是一群不可或缺的 “小居民”。其中,Lumbricus属蚯蚓更是备受关注,它们广泛分布在世界各地,在土壤生态系统中扮演着重要角色。Lumbricus terrestris等物种,常常在森林、草地里穿梭,对土壤的物质循环和结构改良贡献巨大。然而,就像藏在迷雾中的秘密一样,这个属的很多信息还不为人知。
目前,Lumbricus属的原生范围和地理起源一直是未解之谜。而且,该属内物种的系统发育关系也没有被深入探究清楚。之前的研究,有的只依赖单一线粒体标记,有的样本覆盖不全,都无法全面解析Lumbricus属的奥秘。为了拨开这些迷雾,来自多个国外研究机构的研究人员开展了一项深入研究。他们的成果发表在《European Journal of Soil Biology》上,为我们打开了了解Lumbricus属的新窗口。

研究人员为了全面解析Lumbricus属的秘密,开展了一系列关键研究。在样本采集方面,从 2015 年到 2023 年,他们在不同地区采集了 30 个蚯蚓样本,涵盖了 18 个Lumbricus属物种及种下分类单元。这些样本采集遵循相关伦理规范,采集后用形态学特征进行物种鉴定。

在基因分析环节,研究人员提取样本的基因组 DNA,扩增并测序线粒体和核基因片段,包括 28S rRNA(28S)、16S rRNA(16S)、12S rRNA(12S)、NADH 脱氢酶亚基 1(ND1)和细胞色素c氧化酶亚基 1(COI)。为了更全面分析,还下载了其他研究的相关序列作为外群,以及从 BOLD 数据库获取更多序列。

接着,研究人员运用多种生物信息学方法对序列进行处理和分析。用 MAFFT v.7 进行序列比对,FaBox 软件处理单倍型,通过最大似然法(Maximum Likelihood)和贝叶斯推断(Bayesian Inference)构建系统发育树。为了确定该属的起源地,他们用 BEAST v. 1.10 生成超度量树,在 RASP 4 中进行祖先区域重建。

通过这些研究,研究人员有了不少重要发现。在系统发育关系上,系统发育树显示Lumbricus属所有物种构成一个得到强支持的分支。Lumbricus baicalensis是其他所有Lumbricus物种的姐妹分类群,其余物种分为三个主要分支(A、B、C)。分支 A 包含L. castaneus及其变种,分支 B 包含L. rubellus的多个谱系及相关物种,分支 C 包含L. badensisL. herculeus等物种 。

在遗传距离方面,不同Lumbricus分类群之间的 COI 平均遗传距离较高,在 14% - 24.5% 范围。不过L. rubellus的一些谱系和L. friendoides的遗传距离在 12.7 - 14.4%。L. castaneus的不同谱系和变种之间距离高达 21.3 - 21.8%,这表明L. castaneus var. disjunctusL. rubellus castaneoides可能是隐存种。

关于祖先区域重建,研究发现Lumbricus属的祖先范围对应西欧(法国和荷兰)和中欧(多个国家)。大部分物种或分类单元的祖先范围在西欧或中欧,不过也有部分物种有不同的祖先范围,比如L. friendoides在西欧 - 不列颠群岛,L. improvisus在西欧 - 南欧 - 东南欧等。

从研究结论和讨论来看,这次研究意义重大。在系统分类上,证实了Lumbricus属的单系性,确认了一些物种的有效性,还对L. rubellus的谱系分类有了新认识,有助于界定L. rubellus的严格定义。

在生态演化方面,L. baicalensis作为最早分支的物种,表明Lumbricus属的共同祖先可能是小型表栖 - 凋落物栖息者,而大型的上食下居 - 掘穴者特征是后来演化形成的。这为理解蚯蚓生态功能的演化提供了重要线索。

生物地理方面,确定了Lumbricus属的起源与阿尔卑斯地区相关,发现入侵物种分布在不同分支,这意味着Lumbricus属物种的入侵性可能多次独立演化,也可能受历史因素影响。这些发现为研究蚯蚓的生物地理分布和入侵机制提供了关键依据,有助于进一步探究土壤生态系统的奥秘。

总之,这项研究通过全面深入的分析,为我们揭开了Lumbricus属的神秘面纱,在蚯蚓系统分类、生态演化和生物地理等多方面都取得了重要突破,为后续相关研究奠定了坚实基础。

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