近日,我院“昆虫演化与环境变迁”教育部创新团队联合中国农业大学、广东省科学院动物研究所等单位在《当代生物学》(Current Biology)(生物学一区,IF = 9.2)在线发表了关于虱子起源与早期演化的新成果,论文题目为《Stem chewing lice on Cretaceous feathers preserved in amber》(白垩纪琥珀中羽毛上的虱子)。论文报道了迄今为止最早的羽虱,将虱目(Phthiraptera)昆虫的化石证据提前了至少5500万年,揭示了这一类重要的外寄生昆虫是如何从自由生活的书虱(booklice)演化为寄生虱(parasitic lice)的关键过程。首都师范大学为论文的第一单位,我院在读博士研究生张燕婕为该论文的第一作者。
虱子,对于几乎所有鸟类和哺乳动物而言都是一个“噩梦”,甚至人类也不能幸免。卫生条件较差的时候,体虱、头虱都是人身上的常客。虱子属于终生外寄生生活的昆虫,它们的整个生命周期几乎都与宿主“形影不离”,以宿主的血液、毛发或皮屑为食。虱子体型微小,一般不超过5毫米,且寄生生活方式高度专性,使得它们在化石中的保存难上加难。虱子的化石极为稀少,在此之前,最早且唯一被广泛认可的一件虱子化石来自始新世,距今约4400万年前,被归入现生短角鸟虱科。尽管基于分子生物学的研究推测寄生虱的起源时间应该在白垩纪时期,但在始新世之前一直都没有虱目昆虫确切的化石记录。因而有关这一类与人类息息相关的寄生性昆虫的起源与早期演化过程成为了昆虫学界的一个谜团。
我院在读博士张燕婕在任东教授和高太平教授的指导下,专注于外寄生昆虫早期演化的研究。鉴于外寄生昆虫特殊的生活方式,作者详细检视千余件中生代琥珀中保存的羽毛标本,终于在白垩纪中期(距今约0.99亿年)的琥珀中发现了一件罕见的外寄生昆虫与羽毛共保存的标本。至少七根类似现生鸟类的羽毛,彼此交叠,与两只昆虫同时嵌入在琥珀中。张燕婕等详细地解析了两只昆虫的身体结构(图1)。它们展示了一系列寄生虱的鉴别特征,如无翅的身体、缩小且分节不明显的前中后胸结构、咀嚼式口器中一对锋利的上颚交错;触角第一鞭节呈花梗状,末端几节短粗近棒状;前中后足的跗节3节,具有叶片状的跗垫等。
在系统发育分析的基础上,张燕婕等建立了一个新科:古羽虱科(Archimenopon Y. Zhang, Rasnitsyn, Shih & W. Zhang, 2024),并置于现生钝角亚目中,代表了该亚目早期的一个新分支。古羽虱科呈现了昆虫一些较为原始寄生性昆虫特征,如多分节的触角、未退化的下颚须及唇须等。也展现了由自由生活的书虱(booklice)到寄生虱(parasitic lice)演化过程中的关键形态特征,包括触角节数减少、足部特化等。
研究结果证实寄生虱在白垩纪中期(距今约0.99亿年)之前就与书虱分道扬镳。这些古老的寄生虱可能寄生在早期的鸟类或有羽毛的恐龙身上,它们可以利用上颚切割羽毛或刮取皮屑进食,足部叶状跗垫能够辅助爪,牢牢地抓住羽毛增加摩擦力,防止在宿主移动过程中被甩掉。随着现代鸟类和哺乳动物的快速多样化,虱类也随之迅速分化并广泛辐射。
张燕婕系我院2021级博士研究生,踏实好学、专注认真、不断突破,在读期间以第一作者的身份先后在Current Biology、BMC Ecology & Evolution、Cretaceous Research等刊物发表研究论文多篇,并在中国昆虫学会区系分类学大会作学术报告。目前,张燕婕在美国华盛顿史密森尼博物馆(Smithsonian Institution)进行为期半年的交流访学。
近年来,以我院为第一单位、在读博士、硕士研究生为第一作者发表了一系列高水平研究成果。这表明,我院研究生精细化培养方案的实施促进一批优秀研究生快速成长并脱颖而出,我院研究生培养质量得到了明显提升。
张燕婕在美国史密森尼博物馆(Smithsonian Institution)交流访学期间