蜉蝣亞成蟲生態適應特徵及進化模式研究

《蜉蝣亞成蟲生態適應特徵及進化模式研究》是依託南京師範大學，由周長發擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：蜉蝣亞成蟲生態適應特徵及進化模式研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周長發
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

蜉蝣是現存唯一具有兩個有翅能飛齡期的昆蟲類別，其亞成蟲在形態和飛行能力上與成蟲既相似又不同。目前已知所有雄性蜉蝣都具亞成蟲和成蟲階段，少數種類的雌性只發育至亞成蟲，可見此階段對蜉蝣不可或缺。對蜉蝣亞成蟲的起源、作用及與成蟲的確切形態區別等只有零星的報導，缺乏較系統的全面研究。本申請擬對我國蜉蝣各科代表性1-5種的生活史進行研究，對它們的羽化過程進行攝像，對亞成蟲及成蟲形態特徵進行全面對比分析，並參考系統發育信息，對它們的進化和生態適應模式進行探討，以期了解蜉蝣亞成蟲在生活史中的作用、蜉蝣保留亞成蟲的歷史原因和適應意義、不同種類亞成蟲期和成蟲期存在時間長短與形態（如體型大小）或行為特徵（如羽化地點）可能存在的關聯性、以及變態過程產生的原因和演化模式。本項研究的實施和完成，將對我國蜉蝣分類和進化提供較為全面豐富的標本和獨特見解，對多種昆蟲變態類型的起源和演化關係等也能提供新的視角和觀點。

結題摘要

蜉蝣的發育過程為原變態，即它們的有翅階段分為亞成蟲期與成蟲期，這在昆蟲中獨一無二。對於亞成蟲的起源與作用，歷來眾說紛紜，大多認為其是原始多個具翅階段的遺蹟，但鮮有實證。 本項目通過形態對比、生態觀察、激素測定和轉錄組信息分析，認為亞成蟲確實是具翅階段的一個齡期，但卻是蜉蝣發育過程中的關鍵階段，這在激素變化與基因表達上都有體現。同時，亞成蟲身體表面所具有的拒水性微毛等結構確實有利於它們羽化並脫離水的束縛，但亞成蟲翅緣纓毛與之無關，它們與後翅縮小呈正相關。從羽化模式來看，蜉蝣末齡稚蟲的羽化地點應該是從水外逐漸演化到水面直至水下，這可能也與選擇壓力有關。也許正是這些因素的共同作用（發育歷史、生態作用與自然選擇）才使蜉蝣亞成蟲得以保留。由於歷史的久遠和演化過程的多樣，蜉蝣原變態發育模式與完全變態、不完全變態相比都不接近，有自己的模式和特點。 從形態上看，蜉蝣亞成蟲保留了許多中間過渡特徵，如翅基縱脈癒合模式在少數種類看得更加清楚。我們發現蜉蝣的中脈（M）與肘脈（Cu）在基部是獨立的，而它們在蜻蜓中是癒合的，這表明蜉蝣更接近於新翅類。 在本項目的支持下，我們在全國近20個省市（包括台灣省、香港與澳門）進行了多次標本採集，獲得標本4萬號以上，並有近500號國外標本。通過對標本的系統分類，我們發現2個新記錄科（無爪蜉科Behningiidae與網脈蜉科Euthyplociidae）和10餘個新屬種。對蜉蝣科Ephemeridae、小蜉科Ephemerellidae、扁蜉科Heptageniidae、四節蜉科Baetidae開展了深入研究。 項目實施期間，本課題組發表學術論文11篇，其它科普及教學論文4篇，在投稿件5篇，出版專著1部、教材4部。舉辦與參加國際會議3次，國內學術多次。培養研究生11名，其中博士3名。 本項目的執行，取得了較明顯的成果，培養了多名人才，積累了大量標本。同時在學術上也進一步闡明了蜉蝣原變態、亞成蟲存在的意義與演化，可以說圓滿完成了任務。