《Journal of Systematics and Evolution》：Vicariance and dispersal in the Aegean Archipelago: Molecular phylogeography reveals the origin and divergence times of Hydropsyche (Trichoptera: Hydropsychidae) species
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摘要
地理隔离（vicariance）和扩散（dispersal）是驱动物种在空间和时间上分布与多样化的基本生物地理学过程。本研究通过评估三种生物地理学假说，探讨了爱琴群岛（Aegean Archipelago）中部分Hydropsyche谱系的多样化与起源
摘要
地理隔离（vicariance）和扩散（dispersal）是驱动物种在空间和时间上分布与多样化的基本生物地理学过程。本研究通过评估三种生物地理学假说，探讨了爱琴群岛（Aegean Archipelago）中部分Hydropsyche谱系的多样化与起源：即由历史片段化驱动的隔离模型、涉及跨海洋屏障拓殖的扩散模型，以及结合这两种过程的混合模型。研究人员重建了岛屿与大陆之间物种的支序发生（cladogenesis），估算了与主要古地理事件相关的分化时间，并考察了岛屿特有性（island endemism）及其分布格局。基于线粒体细胞色素氧化酶亚基I（cytochrome oxidase subunit I, COI）序列的系统发育和时间估算分析揭示了八个现存谱系，其谱系间遗传分化一致地超过2.5%。这些发现表明其具有相对较近的多样化历史，主要物种形成事件发生在晚上新世—更新世（late Plio-Pleistocene）。广布种与扩散驱动模型相符，因其较浅的更新世分化深度和广阔的地理分布范围与反复拓殖（recurrent colonization）相兼容；而地理分布受限的岛屿特有物种则更符合混合模型（地理隔离与扩散），具有受限的分布范围。总体而言，所恢复的系统发育格局在线粒体DNA（mtDNA）基因谱系中并未呈现出古老的中新世隔离模型的清晰特征。
论文解读
**1 研究背景**
地理隔离和扩散是历史生物地理学中塑造物种分布与多样化的两大核心生物地理过程。地理隔离指连续种群因新屏障的形成而被分割，最终通过隔离促进分化；扩散则指生物体穿越既有屏障，拓殖新区域并通过后续的地理或生态隔离产生新的进化谱系。确定哪一个过程在塑造特定类群的进化历史中占据主导地位，是历史生物地理学的核心目标。
爱琴群岛位于东地中海盆地，处于欧亚板块与非洲板块的汇聚边缘，其地质演化受构造活动、造山运动和火山作用控制。该地区的地貌还受到一系列古气候和古地理事件的影响，这些事件在时间上反复产生了连通与隔离的交替阶段。例如，分隔东西部的“中爱琴海海沟”（Mid-Aegean Trench, MAT，12–9百万年前）、墨西拿盐度危机（Messinian Salinity Crisis, MSC，约5.9–5.3百万年前）以及更新世（约2.58百万年前）的冰期-间冰期旋回，均导致了陆桥连通性的重大变化和海平面的大幅波动。这些独特的地质历史使得爱琴群岛成为研究地理隔离与扩散如何相互作用并塑造多样化格局的理想系统。
此前对该地区的系统地理学研究主要集中于植物、脊椎动物和部分陆生无脊椎动物，如水生昆虫的研究则明显不足。毛翅目（Trichoptera）是一类重要的水生昆虫，在河流生态系统的营养动态和能量传递中具有重要生态意义。其中，Hydropsyche属是毛翅目中物种谱系最多的属，全球已描述632种。在地中海盆地，Hydropsyche属有119种，其中49种为特有物种，约半数主要分布于爱琴群岛。希腊记录有27种Hydropsyche，其中包括12种岛屿物种，其中7种（21%）为窄域特有物种，反映出该属在区域内高度的地区性和岛屿特有性。然而，关于爱琴群岛Hydropsyche谱系的起源与多样化机制，此前缺乏系统的分子系统地理学研究。
针对这一空白，本研究旨在通过评估与地理隔离和扩散过程相关的多种生物地理学假说，探讨爱琴群岛Hydropsyche谱系的起源与多样化。具体目标包括：（i）重建分布于爱琴群岛的Hydropsyche谱系间的系统发育关系；（ii）估计谱系间与主要古地理事件相关的分化时间；（iii）评估不同的生物地理学情景，以阐明地理隔离和扩散在该区域系统地理结构和特有性形成中的相对作用。
**2 主要关键技术方法**
研究人员从爱琴群岛的12个岛屿及大陆地区共采集了57个Hydropsyche标本，并提取总基因组DNA。通过聚合酶链式反应（PCR）扩增线粒体细胞色素氧化酶亚基I（COI）基因片段，获得657 bp的序列。同时从GenBank检索获取88条来自伊比利亚半岛和北非的COI公开序列以提供更广泛的欧洲背景，并使用三个外群。利用DnaSP进行遗传多样性分析，MEGA计算未校正p距离，PartitionFinder确定分区和进化模型，使用MrBayes进行贝叶斯推断（BI）和IQTREE2进行最大似然法（ML）分析构建系统发育树，PopART构建中位连接网络。分化时间估计采用BEAST软件，使用两种已发表的昆虫COI替代速率（高速率0.0168和低速率0.0115 s/s/Mya），并通过贝叶斯因子比较模型优劣。
**3 研究结果**
**3.1 遗传多样性、系统发育关系与网络分析**
基于57条新获得的COI序列（657 bp，含40个多态位点，22个独特单倍型，单倍型多样性0.810），结合GenBank序列构建的最终数据集包含145条COI序列（97个独特单倍型）。未校正p距离分析显示，所有序列间的平均p距离为0.131±0.0369，范围0.0016–0.2355。系统发育分析（ML和BI）产生了高度一致的拓扑结构。研究发现，克里特岛特有的H. rhadamanthys形成一个支持度良好的独立分支；H. kleobis和H. pygmalion互为姐妹群；H. instabilis具有强的基础支持；爱琴群岛的H. siltalai单倍型与西地中海序列聚为一支，未显示东西部种群间的清晰系统地理断裂；希腊大陆的H. dinarica与伊比利亚同种序列高置信度聚群；来自科斯岛和罗得岛的H. machaon以及罗得岛的H. pylades被恢复为独立谱系。共有八个现存谱系被发现，其谱系间遗传分化均超过2.5%。
**3.2 分化时间估计**
贝叶斯时间校准系统发育分析（BEAST）结果与ML和BI树一致，所有主要分支均获得高后验概率支持。两种替代速率模型产生的拓扑结构和时间估计广泛重叠，贝叶斯因子比较对快速时钟模型的支持较弱，表明结果对替代速率选择具有稳健性。分化时间估计显示，佐泽卡尼索斯群岛（Kos和Rhodos）的物种分化发生在0.09百万年前（95% HPD: 0.0015–0.3572）到1.9百万年前（95% HPD: 0.76–3.68）之间，对应H. pylades（Rhodos）和H. machaon（Kos和Rhodos）的分裂。克里特分支（H. rhadamanthys）的分化时间估计为1.34百万年前（95% HPD: 0.55–2.49）。埃维亚岛的H. kleobis与其姐妹谱系（来自塞里福斯的H. pygmalion）的分化时间分别为1.01百万年前（95% HPD: 0.29–2.04）和1.52百万年前（95% HPD: 0.57–2.91）。广布谱系的分化时间较浅：H. instabilis（埃维亚岛）为0.85百万年前，H. siltalai（爱琴群岛）为1.16百万年前，H. dinarica（希腊大陆）为1.67百万年前。
**4. 讨论与结论**
将分化时间与爱琴群岛古地理框架整合分析后发现，所有分化时间均显著晚于MAT（12百万年前）和MSC（5.96–5.33百万年前）的形成时间，表明Hydropsyche谱系未保留古老的MAT信号，而主要反映了后MSC的上新世—更新世过程。具体而言，特有谱系呈现出清晰的“后MSC”（≤5.3百万年前）特征：埃维亚岛的H. kleobis和塞里福斯的H. pygmalion的分化时间与上新世晚期埃维亚岛和基克拉泽斯群岛之间边界的建立相吻合；克里特岛的H. rhadamanthys的分化时间与更新世剧烈的海洋水深波动和岛屿反复连接/断开一致；佐泽卡尼索斯群岛物种的分化时间与罗得岛从安纳托利亚分离（约2.4百万年前）及随后更新世低海平面事件重叠。相比之下，广布种的分化时间与冰期大陆架大面积暴露、形成广泛陆桥的时期相符。
基于这些分化时间，研究人员评估了三种竞争性假说。广布种（H. instabilis、H. dinarica和H. siltalai）符合扩散驱动模型，因其较浅的更新世分化时间和广阔的地理分布范围与反复拓殖相一致。而地理分布受限的岛屿特有物种（H. rhadamanthys、H. kleobis、H. pygmalion、H. pylades和H. machaon）的模式则更符合混合模型（地理隔离与扩散并存），反映了谱系特异性隔离、明显受限的分布和中等程度的分化深度。值得注意的是，基于mtDNA证据，没有任何希腊Hydropsyche谱系符合古老的中新世地理隔离假说，因为不存在中新世时期的分裂事件。
未校正p距离分析揭示，希腊分布的八个Hydropsyche类群之间的成对遗传距离一致超过2.5%，这一阈值与毛翅目中普遍报道的种间变异范围相符，表明系统发育树中恢复的类群对应明确的物种级谱系。此外，本研究首次在希腊分子水平上确认了H. siltalai的存在，将希腊毛翅目物种数量增加至317种。与爱琴群岛其他无脊椎动物的系统地理格局相比，Hydropsyche的岛屿特有谱系模式与陆生等足目Orthometopon和腹足纲Codringtonia等类群相似，但其分化时间更晚，缺乏中新世深层次的分化断裂，反映出该属更近的进化历史。值得注意的是，来自塞里福斯的H. pygmalion单倍型未恢复为独立的物种级谱系，这与其基于形态学分类的当前分类地位存在差异，可能表明其近期分化或在该线粒体标记中遗传分化不完全，需结合核基因标记和详细形态学重新评估加以澄清。
总之，本研究首次为希腊Hydropsyche属提供了系统发育和分化时间分析的分子框架。研究结论表明，爱琴群岛Hydropsyche谱系的多样化主要受后MSC时期上新世—更新世的扩散和混合过程驱动，而非古老的中新世地理隔离事件。研究同时承认了基于单一线粒体标记（COI）的局限性，包括不完全谱系分选、渐渗或性别偏倚扩散可能导致的基因树与物种树不一致，以及采样在地理上的不均等性。尽管存在这些限制，所恢复的主要谱系在分析间保持一致，并与先前报道的分布相符，为理解该属在爱琴群岛的进化历史建立了首个分子基线，也为未来结合多位点数据和更广泛采样的深入研究提供了平台。
