《当代生物学》：蛾蝶类昆虫出现之前翅鳞片的早期演化

《当代生物学》：蛾蝶类昆虫出现之前翅鳞片的早期演化
（神秘的地球uux.cn报道）据首都师范大学（高太平）：8月22日，《当代生物学》（Current Biology）发表题为“蛾蝶类昆虫出现之前翅鳞片的生物早期演化”（Early evolution of wing scales prior to the rise of moths and butterflies）研究论文，我校为第一单位、学蛾生命科学学院博士生王佳佳为第一作者，昆虫河北地质大学张维婷副教授、出现翅鳞美国堪萨斯大学的前早期迈克尔·恩格尔教授、我校盛仙永副教授和史宗冈客座教授为共同作者，演化任东教授为通讯作者。当代蝶类
鳞片广泛存在于各类群动物，生物包括鱼类、学蛾蜥蜴、昆虫穿山甲等脊椎动物，出现翅鳞昆虫等无脊椎动物。前早期蝶类昆虫（蝴蝶、演化蛾）的当代蝶类翅和身体上覆盖密集的鳞片，由于其细微结构对光线造成折射、衍射，使翅呈现惊人图案和美丽颜色。此种由鳞片结构决定的颜色又称为“结构色”。蝴蝶和蛾组成的类群因此被称为鳞翅目（Lepidoptera），鳞片以往被认为是鳞翅目昆虫独有特征。虽鳞翅目姐妹群毛翅目的个别现生物种也有鳞片，但大多零散分布于毛翅目更加进化的类群中。近年发现，鳞翅目和毛翅目的祖先类群飘翅目（Tarachoptera）也具鳞片，但形态与现生鳞翅目和毛翅目的鳞片存在差异。由此产生疑问：鳞片是否还是鳞翅目独征？鳞翅目与飘翅目的鳞片是否同源？如二者确有演化上的传承关系，那么作为鳞翅目姐妹群的毛翅目原始类群也应具有鳞片。但鳞片细微且有拒水性，难以保存成化石，此前缺少中生代毛翅目具有鳞片的化石记录，鳞片起源和早期演化问题一直扑朔迷离。
围绕这一科学难题，王佳佳在任东教授指导下检视了300余件兼翅总目（鳞翅目、毛翅目和飘翅目）化石标本，发现了翅表面覆盖鳞片的化石。根据其形态特征分别建立毛翅目1新科化蝶科（Lepidochlamidae），飘翅目1新种大圣飘蛾（Kinitocelis dashengi）。研究发现新的毛翅目鳞片与飘翅目鳞片非常相似，均为细长型，小而窄，表面有较少纵脊，纵脊间缺乏鱼骨状结构等。这些相似性表明两个类群的鳞片很可能具有演化上的传承关系。研究团队整理大量兼翅总目及相关类群的形态学数据，进一步确认这两个类群在兼翅总目演化历史上的位置。通过分析174个形态特征在73个化石及现生相关类群中的变化、系统发育结果显示飘翅目较鳞翅目和毛翅目更为原始，三者共同组成一单系群；化蝶石蛾科为最原始毛翅目类群。结合鳞片形态的相似性和系统发育结果，石蛾科鳞片确实传承自飘翅目，具有鳞片是飘翅目、鳞翅目和毛翅目的共有衍征。这一结果修改了以往教科书上传统的认知，证实鳞片不是鳞翅目独有特征！早在鳞翅目出现前，原始鳞片就已在兼翅总目昆虫身上出现。在毛翅目演化中，鳞片次生丢失；而蝴蝶、蛾进化过程中鳞片变得更加复杂。
《当代生物学》为《细胞》（Cell）出版集团旗下生物学综合领域国际顶级刊物，影响因子10.9。（原标题：“昆虫演化教育部创新团队”揭示蝶类昆虫鳞片与斑斓色彩的早期演化）
论文链接为：https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.06.086
相关报道：蝴蝶“炫彩华服”如何起源演化？中国学者发现9900万年前化石证据
（神秘的地球uux.cn报道）据中新社北京8月23日电（记者 孙自法）：鳞翅目昆虫的蝴蝶与蛾子阳光下在草丛间翩翩起舞，它们翅上绚丽的五颜六色图案特别醒目。蝴蝶和蛾子这身“炫彩华服”是怎么来的？不仅引发普通人的好奇心，也是生物学家们长期关注和聚焦研究的一项课题。
首都师范大学昆虫演化教育部创新团队最新研究发现保存在白垩纪中期(约9900万年前)琥珀中的兼翅总目昆虫化石，并建立兼翅总目昆虫演化的两个新属种。在此基础上，研究团队通过搜集整理大量长翅部昆虫的形态学数据进行系统发育分析，研究结果打破了以往教科书上及传统的认知，证实具有鳞片并不是鳞翅目的独有特征，而是飘翅目、鳞翅目和毛翅目的共有衍生特征。
这项帮助人们厘清蝴蝶与蛾子美翅起源演化之谜的重要研究成果论文，北京时间8月22日夜间，在《细胞》出版集团旗下专业学术期刊《当代生物学》以“飞蛾和蝴蝶出现之前翅上鳞片的早期演化”为题在线发表。
论文通讯作者、首都师范大学任东教授介绍说，鳞片广泛存在于各个类群的动物中，包括脊椎动物中的鱼类、蜥蜴及穿山甲等，以及无脊椎动物的多个昆虫类群，特别是蝴蝶和蛾子，其翅上和身体上都覆盖着密集的鳞片，鳞片的细微结构对光线造成折射和衍射，使得很多蝴蝶和蛾子的翅呈现惊人的图案和美丽的颜色，蝴蝶和蛾子组成的类群也因此被称为鳞翅目。鳞翅目的姐妹群毛翅目(俗称石蛾)的个别现生物种也具有鳞片，但这些物种大多为零散分布于毛翅目的衍生类群，更可能是独立演化而来。因此，鳞片此前通常被认为是鳞翅目的独有特征。
任东指出，近年来发现，鳞翅目和毛翅目的祖先类群，已经灭绝的飘翅目也具有鳞片，但其特征与现生鳞翅目和毛翅目的鳞片存在差异。这就存在一些问题：具有鳞片是否还是鳞翅目的独征？鳞翅目与飘翅目的鳞片是否具有演化上的延续性？如果是的话，原始的毛翅目是否也具有类似的鳞片？由于鳞片细微且具有拒水性而难以保存成化石，兼翅总目的鳞片的起源和早期演化的问题一直扑朔迷离。
本次研究中，研究团队发现两枚保存在约9900万年前白垩纪中期缅甸琥珀中的兼翅总目昆虫化石，根据其形态特征分别建立毛翅目一新科化蝶科，包含一新属种似竹化蝶石蛾，以及飘翅目飘蛾科下一新种大圣飘蛾。
论文第一作者、首都师范大学博士研究生王佳佳表示，化蝶科的鳞片具有和飘翅目的鳞片相似的形态结构，包括鳞片细长型、小而窄、纵脊的数量较少、缺乏横脊和斜脊组成的鱼骨状结构等。这些相似性暗示它们之间很可能具有演化上的关系。不过，要验证这一观点，必须确认这两个类群在兼翅总目演化历史上的位置。
她说，为此，研究团队进一步搜集整理大量长翅部昆虫的形态学数据，选择长翅部的14个化石类群和59现生类群，并使用174个形态特征进行系统发育分析。这也是学界首次将兼翅总目的化石类群加入系统发育分析，结果显示，飘翅目较鳞翅目和毛翅目更为原始，三者共同组成一单系群，化蝶石蛾科为最原始的毛翅目类群。结合鳞片形态的相似性和系统发育结果，此次研究确证化蝶石蛾科的鳞片传承自飘翅目，具有鳞片是飘翅目、鳞翅目和毛翅目的共有衍生特征。这一结果也打破了以往教科书上及传统的认知，证实具有鳞片并不是鳞翅目的独有特征。
研究团队总结认为，早在鳞翅目出现之前，原始鳞片就已经在基干的兼翅总目昆虫身上出现了，只是在两个类群后来的演化中，鳞片在毛翅目次生丢失，而鳞翅目的蛾子和蝴蝶在进化过程中鳞片则变得更加复杂，鳞片结构反光色结合色素色，也就构成它们如今一身惊艳的“炫彩华服”。

(责任编辑：休闲)