Расшифровка филогении веснянок с помощью митохондриальных геномов
Веснянки (отряд Plecoptera) — одни из древнейших групп крылатых насекомых. Они являются важными биоиндикаторами здоровья пресноводных экосистем и имеют большое экологическое и эволюционное значение.
Однако построение надежной филогенетической схемы для веснянок десятилетиями оставалось сложной задачей из-за неполной летописи окаменелостей, сложной морфологической эволюции и ограниченных геномных данных.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа проанализировала данные митохондриальных геномов 97 видов веснянок, представляющих все 17 современных семейств отряда, и применила комплексный аналитический подход с использованием нескольких эволюционных моделей.
Команда под руководством профессора Цай Чэньяна из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук и профессора Ду Юйчжоу из Янчжоуского университета опубликовала результаты в журнале iScience.
Исследователям удалось реконструировать основу филогении веснянок. Они прояснили эволюционные взаимоотношения между основными линиями, разрешили ключевые события дивергенции и установили уточненную временную шкалу эволюции отряда.
Эти результаты предоставляют важные молекулярные и хронологические данные для понимания происхождения, адаптации и радиации этой древней группы насекомых.
Хотя описано около 4000 современных видов веснянок и их морфология хорошо изучена, два ключевых вопроса оставались предметом дебатов: точное положение веснянок в общем древе жизни насекомых и эволюционные взаимоотношения между их семействами.
Особенно нерешенным оставался вопрос о базальных отношениях между двумя основными подотрядами Plecoptera — Euholognatha и Systellognatha — из-за ограничений в выборе генов и эволюционных моделей в предыдущих исследованиях.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые впервые отсеквенировали митохондриальные геномы 29 современных видов веснянок и объединили эти данные с 68 общедоступными наборами. Впервые были получены полные митохондриальные геномы для представителей всех 17 семейств веснянок.
Для филогенетической реконструкции глобальной фауны веснянок команда использовала методы максимального правдоподобия и байесовского вывода, с акцентом на продвинутые модели, такие как CAT-GTR, которая эффективно учитывает неоднородность сайтов в геномных данных.
Анализ разрешил раннюю дивергенцию Euholognatha и подтвердил, что семейство Scopuridae является самой ранней обособившейся линией в этом подотряде. Этот вывод согласуется с морфологическими данными и предполагает, что утрата брачного поведения у Scopuridae, вероятно, является вторичной эволюционной редукцией, а не исходным признаком.
Исследование пролило свет на спорные таксоны, определив Taeniopterygidae как сестринскую группу для Leuctridae. Также были прояснены эволюционные отношения внутри Systellognatha, подтвердившие положение Styloperlidae как самой ранней дивергировавшей линии этого подотряда.
Интегрировав новейшие палеонтологические и стратиграфические данные, команда реконструировала временные рамки эволюции веснянок. Результаты показывают, что кроновая группа веснянок возникла в пенсильванском периоде (примерно 323–299 млн лет назад).
Основные события диверсификации современных семейств веснянок произошли между кизеловским периодом (299–272 млн лет назад) и ранним триасом (252–247 млн лет назад).
Это исследование демонстрирует потенциал данных митохондриальных геномов, анализируемых с помощью оптимизированных эволюционных моделей, для разрешения филогенетических отношений высокого уровня у насекомых.