蜉蝣和蜻蜓，一个朝生暮死，一个点水而飞，看起来八竿子打不着。但一支中国领衔的国际科研团队给出了一个反直觉的答案：这两类昆虫互为姊妹群。

据新华社报道，中国科学院南京地质古生物研究所、南京师范大学领衔的国际科研团队，通过系统发育基因组学方法破解了困扰昆虫学界百余年的“古翅类难题”，相关成果发表在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

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百年难题卡在哪

“古翅类难题”指的是蜉蝣目、蜻蜓目与翅可折叠的新翅类这三类有翅昆虫之间的系统发育关系长期悬而未决。此前学界对蜻蜓、蜉蝣和其他有翅昆虫的亲缘关系一直存在争议，是昆虫系统发育中最难解析的节点之一。

争议的根源在于形态特征。此前有学者根据古翅类翅膀不能折叠、看似“更原始”，推测其起源应早于新翅类。这个判断听起来合理，却把三类昆虫的关系带偏了方向。

16种本土蜉蝣补上关键拼图

此次研究中，团队利用我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，并整合了百余种昆虫的基因组与转录组数据，弥补了以往关键类群取样不足的短板。

多种系统发育基因组学分析方法的结果一致支持古翅类的单系性，即蜉蝣目与蜻蜓目互为姊妹群，它们一起构成的“古翅类”才是新翅类的姐妹支系。这一结论修正了长期以来基于形态特征的传统观点。

新研究给出的解释是：二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配滑翔或高速飞行，新翅类则演化出可折叠的翅根关节，便于在狭小环境中活动。两条路各走各的，没有谁比谁更“原始”。

40%的基因树为何“打架”

研究还揭示了此前基于组学数据的研究为何无法解决古翅类问题：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，使多达约40%的基因树与物种树不一致，导致不同分析方法得出相互矛盾的结论。

该研究通过串联法与溯祖法、多种演化模型、拓扑检验及基因位点级信号解剖等分析，系统检验了发育信号，才把这条被噪声掩盖的线索理清楚。

翅膀只演化了一次

研究还结合13个化石校准点与分子钟数据，更新了有翅昆虫的起源时间。分子钟结果显示，冠群有翅昆虫可追溯至早泥盆世，距今约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，今天蜂、蝶、蜻蜓的翅膀皆从同一远古共同祖先传承而来。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与生态基础。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳表示，昆虫飞上天空是陆地生命演化史上里程碑式的重大革新，翅膀的诞生让昆虫有了全新的活动天地，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。

论文第一作者为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 Michael S. Engel 教授等参与研究。