新西兰奥特亚罗瓦(Aotearoa New Zealand)Celatoblatta 辐射演化中来自高山与生境森林的蟑螂物种并非单系群

《Biological Journal of the Linnean Society》:Cockroach species from alpine and forest habitats are not monophyletic within the Celatoblatta radiation of Aotearoa New Zealand

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月06日 来源:Biological Journal of the Linnean Society 1.6

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  在奥特亚罗瓦新西兰的14种无翅 Celatoblatta 蟑螂辐射类群中,部分物种局限于森林生境,部分局限于高山生境。研究人员利用全线粒体(mitochondrial)基因组、核核糖体DNA(rDNA)及组蛋白(histones)序列,检视了新西兰蟑螂(含 P

  
在奥特亚罗瓦新西兰的14种无翅 Celatoblatta 蟑螂辐射类群中,部分物种局限于森林生境,部分局限于高山生境。研究人员利用全线粒体(mitochondrial)基因组、核核糖体DNA(rDNA)及组蛋白(histones)序列,检视了新西兰蟑螂(含 Polyzosteriinae 亚科内特有与入侵分类单元)的系统发育关系。在采样范围内,新西兰 Celatoblatta 辐射类群为单系群(monophyletic),并与新喀里多尼亚(New Caledonia)特有属代表构成姐妹群。系统发育分析表明,该属内生境利用并未受限于某一单系群内。研究人员估算新西兰 Celatoblatta 最近共同祖先(MRCA)存活于早至中中新世(early or mid-Miocene)。若新西兰 Celatoblatta 辐射始于新西兰高山地貌形成(约8–5 Mya)之前,则对高山环境的适应更可能多次演化,而非该谱系祖先状态。研究人员描述了两个新西兰蟑螂新种:来自北岛森林的 Celatoblatta johnsi sp. nov. 与来自南岛南部雪草(snow tussock)生境的 Celatoblatta pata sp. nov.。
研究背景与问题提出
在奥特亚罗瓦新西兰的 Celatoblatta 属无翅蟑螂辐射类群中,物种分别分布于森林与高山生境。由于更新世(Pleistocene)多数时段以干冷“冰期”为主,当前间冰期易使人误认为冷适应由暖适应祖先衍生;然而谱系灭绝会导致祖先状态推断偏差。前人基于短线粒体序列曾推测新西兰 Celatoblatta 辐射与上新世(Pliocene)高山起源同步,且高山种可能为并系(paraphyletic);但全基因组尺度证据缺失。新西兰南岛主要山脉隆升不早于8 Mya,真正高山带首现于上新世,而专性高山植物群或迟至2 Mya方稳定存在。因此需回答:森林与高山 Celatoblatta 是否各成单系?其MRCA年代是否早于高山生境可用时间?适应高山是否多次独立发生?论文发表于《Biological Journal of the Linnean Society》。
主要技术方法
研究人员对采自新西兰北岛、南岛、查塔姆岛及新喀里多尼亚等地的蟑螂样本(含10个已描述种、3个未描述种及外群)进行高通量鸟枪测序,组装全线粒体基因组(13个蛋白编码基因)、45S rDNA cassette(18S–5.8S–28S及ITS)与相邻组蛋白 H3/H4 基因;以 Periplaneta americana 基因组为参考迭代映射组装。系统树推断采用IQ-TREE最大似然法(maximum likelihood, ML)分区模型与超快Bootstrap;拓扑约束检验用Kishino–Hasegawa、Shimodaira–Hasegawa、AU检验等。年代校准在BEAST严格时钟下,以更广尺度蟑螂化石标定研究推导的线粒体替换率(约0.0056326 subs/site/Myr)为基准,Eurycotis 与Blattidae MRCA作间接标定。
研究结果
数据:25个个体(20种)全线粒体基因组平均覆盖>150×;45S与H3/H4在22标本中组装成功,rRNA高度保守(95.3%不变),H3/H4变异集中于第三密码子位。
系统发育(Phylogeny):ML树支持新西兰 Celatoblatta 单系且与新喀里多尼亚 Rothisilpha 和 Angustonicus 姐妹群;高山限制种(如 C. montana 与 C. laevispinata 成支,C. quinquemaculata 与 C. anisoptera 另成支并入低地种 C. brunni)分散于树中,非单系。约束高山4种成单系使ML得分显著变差(ΔlnL=240–266,p-AU≈0),拒斥“高山共享起源”假说。
时间校准(Time calibration):同质检验支持严格时钟;Celatoblatta MRCA约21.4 Mya(均匀先验95%HPD 19.2–24.0 Mya)或16.6 Mya(正态先验14.3–19.1 Mya),早于南岛高山隆升(8–5 Mya);两高山种 C. montana+C. laevispinata 分支约6–11 Mya。
分类学(Taxonomy):研究人员澄清北岛广布大翅盖种非 C. undulivitta(后者具面部黑纹),正式描述 C. johnsi sp. nov.(北岛森林,面部斑纹区别于 C. undulivatta,前股刺序差异)与 C. pata sp. nov.(南岛南部Borland Tarns雪草生境>850 m,雄体小、腹背黑褐、翅盖后缘凹)。
讨论与结论翻译
讨论指出,若 Celatoblatta 新西兰辐射始于高山可用前(早中新世),则高山开放生境占据系不同祖先居群受局域选择平行转移所致,非单一高山祖先遗留。谱系灭绝使末端性状不能等同共享祖先条件。新喀里多尼亚姐妹群关系支持 Celatoblatta 为新西兰特有单系(Celatoblattini)。
结论:新西兰 Celatoblatta 在采样中为单系,姐妹于新喀里多尼亚两属;高山与森林生境利用不固定于单系内,MRCA生活于早–中中新世(早于本地高山带形成),故高山适应更可能多次独立演化;研究新增 C. johnsi 与 C. pata 两新种,并借全线粒体与核标记明确该辐射非生境单系驱动。
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