解锁螨虫演化密码:古老土壤中螨虫的前世今生

【字体: 时间:2025年04月20日 来源:Scientific Reports 3.8

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  螨虫在土壤生态系统中意义重大,却因泥盆纪莱尼燧石(Rhynie Chert)螨虫化石分类存争议,其演化时间难以确定。研究人员重新鉴定化石、构建系统发育树。结果表明螨虫干群起源于寒武纪,与苔藓植物登陆时间吻合。这完善了螨虫演化认知,助力生态研究。

  在神奇的微观世界里,螨虫虽小,却在土壤生态系统中扮演着举足轻重的角色。它们作为主要的土壤分解者,积极参与碳循环,对维持生态平衡意义非凡。然而,螨虫的演化历程却充满谜团。就拿螨虫的多样化时间来说,不同的分子研究给出的答案大相径庭,从没有陆地植物的前寒武纪,到陆地生态系统丰富多样的石炭纪,跨度极大。而这一不确定性的关键因素,就在于泥盆纪莱尼燧石中最早明确的螨虫化石分类混乱。这些化石曾被归为五个现代科和三个亚目,这使得在利用它们进行分子系统发育校准的时候困难重重,进而影响了对螨虫演化时间的准确判断。
为了揭开螨虫演化的神秘面纱,来自多个国家研究机构的研究人员联合开展了深入研究。

研究人员首先对保存在英国伦敦自然历史博物馆的莱尼燧石螨虫标本进行了重新检视。他们利用先进的显微镜技术,对标本进行了详细的形态学描述。之后,将这些信息整合到时间校准的系统发育分析中。

研究结果表明,螨虫超目(Acariformes)干群在寒武纪(508 - 486 Ma)出现了基础分化,这一时间与苔藓植物登陆的时间相吻合。在演化过程中,螨虫的生态位逐渐多样化,不再局限于上层土壤。例如,研究发现早期的一些螨虫可能以化学自养细菌为食,参与了依赖化学自养细菌的土壤食物网,这表明螨虫在早期陆地生态系统中的角色比以往认为的更加多样化。

在系统古生物学方面,研究人员对螨虫化石进行了重新分类。将莱尼燧石中的螨虫标本归为一个新科(Protacaridae),并确定其属于 Endeostigmata 亚目。同时,还对其他相关属种进行了重新认定和分类。

在系统发育分析和分歧时间估计中,研究人员通过构建系统发育树,明确了螨虫各主要类群的演化关系和分歧时间。如 Oribatida(土壤螨)起源于 411 Ma,Eriophyoidea(植食螨)和 Nematalycidae 的分歧时间为 376 Ma,冠群 Eriophyoidea 的多样化发生在 305 Ma ,并且发现其与早期针叶树的出现时间相近,这暗示了它们之间可能存在的协同演化关系。

此外,研究人员还评估了以往分子钟研究的准确性。发现部分研究中茎群 Acariformes 的估计时间与化石证据不符,这为后续更准确的研究提供了重要参考。

研究结论和讨论部分意义重大。该研究解决了莱尼燧石螨虫化石的分类问题,提高了早期螨虫分歧时间估计的准确性,为理解螨虫在早期土壤形成和相关生态群落中的演化提供了时间框架。同时,研究结果表明螨虫的生态位在早期就已经多样化,其在早期陆地生态系统中的作用比传统认知更为复杂。这不仅丰富了人们对螨虫演化的认识,也为进一步研究土壤生态系统、生物演化与环境变化之间的关系提供了重要依据。该研究成果发表在《Scientific Reports》上,为相关领域的研究开辟了新的方向。

研究人员开展研究用到的主要关键技术方法包括:一是成像技术,利用 Olympus BX63 显微镜和 Nikon A1Si confocal 激光扫描显微镜对标本进行成像,获取形态学信息;二是系统发育分析,更新已有的形态学数据矩阵,运用 PAUP 和 BEAST 等软件进行系统发育推断和时间校准分析。

综上所述,该研究在螨虫演化研究领域取得了重要突破,为深入了解螨虫的生态功能和演化历程提供了宝贵的信息,对推动相关领域的发展具有重要意义。

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