新热带区木虱属Melanastera的多样化模式与时间解析：宿主转换与生物地理扩散驱动物种形成

本研究通过多基因片段分子系统发育分析，结合分歧时间估算和多样化速率模型，揭示了新热带区木虱属Melanastera（半翅目：木虱总科：丽木虱科）的演化历史。研究人员发现该属起源于太平洋区域，其物种多样化主要发生在上新世，宿主转换至野牡丹科(Melastomataceae)和番荔枝科(Annonaceae)显著促进了辐射演化，而大西洋与亚马逊森林的殖民事件进一步加速了物种形成。该研究为理解植食性昆虫与宿主协同进化提供了重要案例，成果发表于《Molecular Phylogenetics and Evolution》。

　　

在生命之树最繁茂的枝头，植食性昆虫占据了惊人的多样性。这些微小生物如何通过数千万年演化形成今日的物种格局？新热带区作为全球生物多样性热点，其昆虫与植物的协同进化机制尤为引人入胜。然而，对于木虱这类专性吸食植物汁液的小型昆虫，其演化驱动力始终存在争议——究竟是地理隔离主导，还是宿主转换更关键？

为解答这一科学问题，来自国内研究机构的团队选择新热带区物种最丰富的木虱属Melanastera作为研究对象。这个包含69个已知物种的类群，其宿主涵盖野牡丹科、番荔枝科等五大植物家族，地理分布横跨南美至中美洲，是研究生态适应与物种形成的理想模型。研究团队整合了7个基因片段（4个线粒体基因和3个核基因）的分子数据，结合化石校准和多样化速率分析，首次重建了该属的系统发育框架。

关键技术方法包括：1) 跨15个巴西州及中美洲的样本采集（2011-2024年）；2) 多基因片段（COI、cytb、12S rRNA等）的PCR扩增与测序；3) 最大似然法(ML)和贝叶斯推断(BI)构建系统发育树；4) BAMM和RPANDA软件分析多样化速率；5) 基于DEC和DIVALIKE模型的生物地理重建。

3.1 系统发育重建与分歧时间估算
分子数据揭示Melanastera为单系群（ML支持率98%），其冠群年龄估算为20.2 Ma（ML）或23.2 Ma（BI）。关键分支包括：1) 与菊科(Asteraceae)关联的MII分支（100%支持）；2) 以野牡丹科为宿主的MIII分支（100%支持）；3) 包含番荔枝科和肉豆蔻科(Myristicaceae)宿主的MIV分支。短内部支长暗示中中新世存在快速辐射事件。

3.2 Melanastera的多样化速率
BAMM分析检测到两个关键速率转变：1) 属起源时的初始加速（28.3 Ma）；2) "Melanastera冠群"分化期的二次爆发（17.2 Ma）。密度依赖模型(DDL)显示，物种积累导致后期速率减缓。特别值得注意的是，与野牡丹科/番荔枝科关联的谱系 speciation rate (λ₁
)显著高于其他宿主类群（λ₂
=0.047 vs 0.091）。

3.3 祖先宿主重建与宿主转换
贝叶斯二进制模型(BBM)推断祖先宿主可能为锦葵科(Malvaceae)（概率97%）。演化过程中至少发生8次宿主科级转换，其中野牡丹科被独立殖民≥1次，番荔枝科≥2次。引人注目的是，尽管肉豆蔻科仅关联3个现存物种，却显示3次独立宿主获得事件。

3.4 祖先区域与扩散路线
DIVALIKE+J模型表明太平洋区域(G)为最可能起源地（AIC=328.5）。关键生物地理事件包括：1) 早中新世向大西洋森林(A)的首次扩散；2) 中中新世向亚马逊森林(C)的二次殖民；3) 上新世经巴拿马地峡向中美洲(E)的扩张。值得注意的是，大西洋森林经历≥5次独立殖民事件，成为物种多样性积累的"博物馆"。

4.2 多样化时间与宿主演化
研究推翻严格协同进化假说，揭示宿主转换的关键作用：野牡丹科辐射（特别是Miconieae族）与Melanastera多样化在时间上耦合（均发生于中新世），但系统发育拓扑缺乏一致性。番荔枝科宿主的获得则与亚马逊森林殖民同步，反映生态机会对辐射的促进作用。

4.3 历史生物地理学
不同于蝴蝶等类群，Melanastera的物种形成主要依赖扩散而非地理隔离。关键地质事件影响有限：1) 早中新世Pebas系统仅导致M. sp. Venezuela与MII分支的分化；2) 晚中新世Acre系统促成M. mazzardoae与M. variegata的异域成种。大西洋森林既是"摇篮"（17.2 Ma的快速辐射）又是"博物馆"（上新世-更新世的多样性积累）。

这项研究通过多学科方法整合，首次阐明新热带木虱大尺度多样化模式。其科学价值体现在三方面：1) 证实宿主转换（特别是向物种丰富的植物科）是植食性昆虫辐射的主要驱动力；2) 揭示扩散能力强的类群可能弱化地理隔离的成种作用；3) 为生物多样性热点（大西洋/亚马逊森林）的演化机制提供新证据。随着热带生态系统的快速退化，这类基础研究对理解生物多样性形成与维持机制具有紧迫的现实意义。