整合化石和组学数据揭示石蝇演化历史

石蝇（襀翅目）是最古老的有翅昆虫类群之一，其生存状况是评估淡水生态系统健康的重要生物指标，具有极高的生态价值与演化生物学意义。然而，由于化石记录不完整、形态特征演化复杂以及基因数据覆盖有限，构建稳健的石蝇系统发育树一直存在挑战。

近期，中国科学院南京地质古生物研究所中生代陆地生态系统研究中心蔡晨阳研究员等与扬州大学杜予州教授团队展开深度合作，基于覆盖全部现存17个科的97个石蝇物种的线粒体基因组数据，采用多模型联合分析框架，成功重建了石蝇的骨架系统发育关系，明确了各主要类群之间的演化路径，并厘清了其关键演化阶段的时间框架。该研究为理解石蝇的起源、适应与辐射演化提供了重要的分子证据和年代学约束。相关成果已于近期在线发表于跨学科期刊iScience。

现生石蝇约4000种，尽管其形态学研究已较为深入，但石蝇在昆虫生命树中的系统位置，以及其各科之间的演化关系，长期以来存在诸多争议。特别是其下的真颚组（Euholognatha）和原颚组（Systellognatha）的基部关系，由于早期研究在基因取样、演化模型等方面的局限，始终悬而未决。

在此次研究中，研究人员新测序了29个现生石蝇的线粒体基因组，并结合了已公开的68个类群数据，首次在线粒体基因组层面实现了对全部17个石蝇科的全面覆盖。研究团队采用了最大似然法和贝叶斯推断法，并重点应用了能够有效处理位点异质性的最优模型（如CAT-GTR模型），对全球石蝇的系统发育关系进行了全面分析。

该研究明确了真颚组的早期演化关系，稳健地支持裸襀科（Scopuridae）是真颚组中最早分化的支系。这一结果与形态学证据吻合，表明该科独特的缺失求偶行为可能是次生丢失的结果。该研究不仅为争议性类群的系统位置提供了新见解，还恢复了带襀科（Taeniopterygidae）为卷襀科（Leuctridae）的姐妹群。此外，该研究厘清了原颚组的系统发育关系，并支持刺襀科（Styloperlidae）为该组的最早分化支系。

通过整合最新的的古生物学和年代地层学信息，该研究重建了石蝇的演化时间框架。结果表明，石蝇的冠群起源于宾夕法尼亚纪，其现存各科的关键分化事件主要集中在乌拉尔世至早三叠世之间。

这项研究构建的石蝇科级系统发育树，为未来深入探究其形态演化、生物地理学及行为生态学奠定了坚实基础。研究也证明了在采用最佳拟合模型的前提下，线粒体基因组在解析昆虫高阶元系统发育关系中的潜力。未来，通过扩大类群取样、结合核基因组数据与化石证据，将能更全面地揭示这一古老昆虫类群的完整演化历史。

本研究得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。

论文相关信息：Wang, Y., Yang, X., Engel, M. S., Huo, Q.-B., Du, Y.-Z., & Cai, C. (2025). Reconstructing the evolutionary history of stoneflies: Phylogenetic insights and temporal dynamics. iScience, 113614. https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113614.

现生所有科全覆盖的襀翅目昆虫演化时间框架

襀翅目各科的演化关系和分歧时间估算