The structure of the Cardiophorinae-Dendrometrinae clade (Coleoptera: Elateridae) is the weakest point of the current click-beetle phylogenetics and classification
本研究利用系统发育基因组学数据，通过重新定义 Dendrometrinae 亚科并提升 Prosterninae 和 Oxynopterinae 的亚科地位，从而解决了拟步甲分类学中长期存在的争议，进而建立了一个基于稳健支持分支的稳定分类系统。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在自然界中，生命的历史书写在每一个生物的基因之中，但阅读这段历史往往就像试图重构一个破碎的花瓶，其中一些碎片已经丢失，而另一些看起来又极其相似。对于研究物种亲缘关系的科学家来说，被称为叩甲（click beetles）的一类昆虫长期以来一直是一个特别棘手的难题。这些甲虫以其能够弹跳身体并跃入空中以躲避捕食者的能力而闻名，它们属于Elateridae（叩甲科）。在这个科内，研究人员数十年来一直试图理清几个主要类群（或亚科）之间的关系，这些类群似乎在极短的时间内经历了非常快速且紧密的演化。当进化发生得如此迅速时，通常能告诉科学家谁与谁有亲缘关系的遗传信号就会变得模糊且充满矛盾。使用不同方法进行的各种研究产生了相互冲突的家谱树，导致这些甲虫的分类处于混乱状态。由于缺乏清晰的进化历史图谱，很难理解这些昆虫是如何多样化的，也难以用一种能够反映其真实生物学联系的方式来为它们命名。
来自捷克帕拉赫基大学的一个研究小组现在通过以前所未有的深度分析这些甲虫的遗传密码，解决了这一特定问题。他们没有仅仅依赖于微小的DNA片段或物理特征，而是分析了代表最具争议类群的13个物种的整个基因组中的数千个遗传标记。他们的目标是穿透冲突数据的噪音，找到进化故事中真正清晰的部分。他们的发现是确定性与不确定性的结合。一方面，他们证实了五个不同的甲虫类群确实是真实存在的、已经存在了数百万年的独立谱系。另一方面，他们发现这五个类群之间分裂的精确顺序由于古代快速进化而变得极其混乱，以至于目前没有任何遗传数据能够解决这一问题。研究人员得出结论，目前的分类方式从根本上存在缺陷，因为它试图将一个清晰的分支树强加于一段根本不存在分支树的历史之上。
该研究聚焦于一个特定的叩甲亚科集群：Dendrometrinae（拟叩甲亚科）、Hypnoidinae（假叩甲亚科）、Cardiophorinae（拟拟叩甲亚科）和Negastriinae（负纹叩甲亚科）。多年来，科学家们一直在争论这些类群究竟是属于一个大的科，还是应该被拆分。以往使用旧遗传技术或物理特征的研究产生了十几种不同的可能的家谱树，且没有一个彼此一致。有些研究认为一个类群是另一个的姐妹群，而另一些研究则将它们置于完全不同的位置。这种缺乏一致性的现象意味着用于这些甲虫的科学名称极不稳定，每当有新研究发表时就会发生变化。研究人员决定使用大规模的遗传信息数据集来测试这些竞争性的观点，对每只甲虫的四千多个不同基因进行了分析。他们使用了两种不同的统计方法来构建树状图：一种是将整体遗传信号作为一个整体进行观察，另一种则是考虑到由于随机生物事件，单个基因可能会拥有其独特的历史。
结果揭示了一个关于已知与未知模式的清晰图景。研究人员证实了五个特定的类群是稳固且独立的谱系。这包括Cardiophorinae和Negastriinae，它们长期以来一直被认为是独立的科，以及另外三个此前被归入Dendrometrinae名下的类群。研究表明，以前被称为Dendrometrinae的类群实际上是混合了不相关的谱系。具体而言，研究人员发现，被称为Dimini、Plastocerini和Oxynopterini的族并不像之前认为的那样与核心的Dendrometrinae类群亲缘关系密切。相反，它们形成了各自独特的支系。同样，Prosternini族也独立于其他类群。在所有的分析中，唯一表现出一致性的关系是Cardiophorinae和Negastriinae之间的强有力伙伴关系，它们始终表现为一个统一的配对。
然而，当研究人员试图弄清楚这五个稳固的类群如何相互关联时，数据变得一片模糊。这些类群之间分支点的遗传信号如此微弱且具有矛盾性，以至于计算机模型无法做出单一的答案。在某些分析中，一个类群似乎是其他类群的最亲近亲属；而在另一些分析中，另一个类群则占据了那个位置。研究人员判定，这种混乱并非由于他们的技术或方法失效，而是这些甲虫历史的一个真实特征。看起来这些类群是在一次非常快速的爆发式进化中产生的，导致在每次分裂之间留下的独特遗传变化极少。这种被称为“不完全谱系分选”（incomplete lineage sorting）的现象，意味着这些甲虫的遗传历史不是一棵干净的分支树，而是一个谱系交织在一起的纠缠网络。由于信号过于嘈杂，试图将单一且确定的家谱树强加于这段进化历史之上会产生误导。
鉴于这种生物学现实，作者提出了一个新的分类系统，该系统优先考虑稳定性和准确性，而非试图猜测古代分裂的精确顺序。他们建议放弃旧有的、宽泛的Dendrometrinae定义，称其为一种缺乏支持且可能是不自然的分类。相反，他们建议将这些独特的谱系提升至亚科等级。这意味着将Oxynopterinae提升为包含Dimini、Plastocerini和Oxynopterini族的独立亚科。他们还提议将Prosterninae提升为完整的亚科等级。Hypnoidinae保留其亚科地位，因为其位置曾被争论为是Dendrometrinae的姐妹群，或是Cardiophorinae与Negastriinae配对的姐妹群。核心的Dendrometrinae被重新定义为仅包含Selatosomini、Dendrometrini和Pleonomini三个族。这个新系统承认，虽然我们还无法确定这五个类群之间确切的相互关系，但我们可以肯定它们是叩甲科家谱树上的五个独立的、主要的支系。
研究人员强调，这种改变并不是为了将甲虫拆分为过多的细小类群，而是为了创建一个反映实际数据的分类系统。整个集群包含约四千个已描述的物种，而新的亚科范围从只有约一百个物种的小型Hypnoidinae到拥有超过一千六百个物种的大型Dendrometrinae不等。通过赋予每个这些稳固谱系以自己的亚科等级，分类变得更加稳定，并且即使在有新数据进入时也能抵抗变化。研究还指出，对于其中一个小类群Crepidomenini，研究人员由于缺乏必要的遗传数据而无法做出最终决定。这些类群目前被放在一个临时类别中，直到有更多信息可用。最终，论文得出结论，认为这部分叩甲家谱树的结构是当前理解中最薄弱的环节，这并非因为缺乏努力，而是因为进化历史本身过于快速和混乱，以至于无法留下清晰的遗传痕迹。提出的解决方案是接受这种不确定性，并建立一个仅命名那些无可争议之部分的分类系统。
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