根据IT之家10月13日的消息，新华社报道称，由中国科学院南京地质古生物研究所和南京师范大学主导的一个国际研究团队，采用系统发育基因组学技术，成功解答了昆虫学领域持续上百年的“古翅类难题”。这项研究成果已于当天在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发布。
研究证实，蜉蝣和蜻蜓是互为姊妹群的生物，它们共同组成了“古翅类”，而古翅类则是拥有可折叠翅膀的新翅类的姐妹分支。
（图片：有翅昆虫主要分支演化关系示意图）
IT之家注释：“古翅类难题”指的是蜉蝣目、蜻蜓目以及翅膀能够折叠的新翅类这三类有翅昆虫之间的系统发育关系长期以来未能明确。
过去，学术界对于蜻蜓、蜉蝣以及其他有翅昆虫之间的亲缘关系存在分歧，这成为昆虫系统发育研究中最难解决的难题之一。在这次研究中，团队依托中国丰富的蜉蝣物种资源，新测定了16种本土蜉蝣的核基因组，并整合了超过百种昆虫的基因组和转录组数据，弥补了以往关键类群样本不足的缺陷。
（图片：有翅昆虫演化早期分化的三种假说。(A) 古翅类假说 (H1): [[蜉蝣目 + 蜻蜓目] + 新翅类]。(B) 交叉翅类假说 (H2，Chiastomyaria): [蜻蜓目 + [蜉蝣目 + 新翅类]]。(C) 后翅类假说 (H3，Metapterygota):[蜉蝣目 + [蜻蜓目 + 新翅类]]）
多种系统发育基因组学分析手段的结果均支持古翅类的单系性，即蜉蝣目和蜻蜓目互为姊妹群，它们共同构成的“古翅类”才是新翅类的姐妹分支。这一结论修正了长期以来基于形态特征的传统观点。此前有学者根据古翅类翅膀无法折叠、看似“更原始”的特征，推测它们的起源早于新翅类。而新研究显示，两者分化后各自独立演化出不同的翅基结构：古翅类特化出刚性翅基，以适应滑翔或高速飞行；新翅类则演化出可折叠的翅根关节，便于在狭小空间中活动。
（图片：有翅昆虫系统发育树。基于矩阵1、采用CAT-PMSF分子进化模型推导得到的核心拓扑结构）
研究还结合了13个化石校准点和分子钟数据，更新了有翅昆虫的起源时间。分子钟结果显示，冠群有翅昆虫可以追溯到早泥盆世，大约在4.19亿至3.93亿年前；古翅类冠群则起源于晚泥盆世。昆虫翅膀在演化史上只出现了一次，现今蜜蜂、蝴蝶、蜻蜓的翅膀都源自同一个远古共同祖先。新翅类依靠独立的第三腋片旋转，将后翅折叠覆盖到腹部的机制，为石炭纪之后新翅类的爆发式辐射奠定了生理和生态基础。
（图片：不完全谱系分选和基因树系统误差分析）
据南京古生物所介绍，这项研究还揭示了此前基于组学数据的研究为何未能解决古翅类问题：在早期有翅昆虫快速辐射阶段，不完全谱系分选与基因树估计误差的共同作用，导致约40%的基因树与物种树不一致，使得不同分析方法得出矛盾结论。该研究通过串联法与溯祖法、多种演化模型、拓扑检验以及基因位点级信号解剖等分析，系统检验了发育信号。
（图片：有翅昆虫分歧时间估计）
中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳指出，昆虫飞向天空是陆地生命演化史上里程碑式的重大革新，翅膀的出现让昆虫拥有了全新的活动空间，也改变了陆地生态系统的面貌。南京师范大学教授周长发表示，两条演化道路并行发展，共同塑造了今天昆虫多样的飞行方式和丰富的物种。
论文的第一作者是南京师范大学博士后杜诗雨和南京古生物所博士生王业浩，蔡晨阳研究员与周长发教授为共同通讯作者，美国自然历史博物馆的Michael S. Engel教授等也参与了研究。
IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1073/pnas.2614706123