昆虫多样性三十年研究进展

当前, 全球昆虫数量和多样性均处于下降趋势, 而导致这一趋势的原因主要包括人为干扰及气候变化。本文基于森林、草地、农业、水生和土壤生态系统, 以植食性、访花、捕食性、寄生性、食果以及食腐昆虫为重点功能昆虫群, 综述了近三十年来国内外昆虫多样性研究领域的主要进展, 并分析了发展趋势。近年来, 昆虫多样性的研究维度不断拓展, 形态多样性研究不断深入, 系统发生多样性、功能多样性和遗传多样性等研究也显著加强。此外, 昆虫多样性研究的空间尺度也逐步扩大, 大尺度区域性研究甚至全球范围的调查持续增长。昆虫进化历史也被引入多样性格局研究中, 并随着系统发生信息学方法的普及而被整合到生态系统建成和生物多样性形成机制研究中。未来需要加强关键昆虫类群整合分类学研究、功能性状多样性、林冠昆虫多样性、互作网络结构等方向的研究。     

缅甸琥珀内含物形态结构在X射线下的可辨识性

【目的】产自缅甸北部胡康河谷的缅甸琥珀形成于白垩纪中期。其艺术价值很高,同时其内含物的生物多样性程度也很高,故其科学价值也不可估量。显微CT能够提供化石(琥珀)内部解剖结构的高分辨率断层图像,故该方法日渐成为目前琥珀研究中的常用方法之一。然而在可见光下可见的琥珀内的生物结构,在X射线下却有不同的结果,这与现生研究材料在显微CT下的表现非常不同。本研究对产自胡康河谷的9块缅甸琥珀进行显微CT检测,试图对这个特殊的现象进行较为系统的解读。【方法】利用数码相机(Nikon 5200D)拍摄琥珀照片,并用Helicon Focus 5.3软件合成。通过显微CT技术扫描琥珀和计算机断层重建技术重建出缅甸琥珀内含物的三维结构形态。【结果】显微CT检测结果主要分为3种:完全无衬度、部分结构有衬度和整体结构有较好衬度。本研究对有较好衬度的琥珀内含物进行了三维重建,展示了琥珀内含物的外部和内部三维结构。【结论】琥珀内含物的可见光成像和X射线成像不存在一一对应关系,其原因和琥珀保存的好坏以及琥珀的密度差、琥珀围岩之间的对比度差异有关。琥珀形成和埋藏过程中的物理和化学变化非常复杂,其机理的探究也更为复杂和困难,本文对这个现象的主要类型做了较为初步的阐述,后续研究需要更为全面的选样和更为严格的实验设计才能够最终解决这个埋藏学上的难题。     

三种被动式采集方法对甲虫收集效果的比较研究: 以香港城门样地为例

标本标准化采集是昆虫多样性研究的根本。昆虫种类繁多、习性复杂、分布广泛, 基于不同的研究目标, 昆虫学家会选用不同的采集方法。由于主动式采集方法存在较多干扰因素和重现性差等问题, 以飞行阻隔器(flight interception trap, FIT)、马氏网(Malaise trap, MT)和罐诱(pitfall trap, PT)为代表的被动式采集方法被广泛应用, 并在昆虫多样性研究中展现独特的优势。然而关于这些被动式采集方法的收集特点和采集效果等还缺乏系统性研究。本研究选取香港城门13个样点, 利用上述3种被动式采集方法共156个采集装备开展为期24天的鞘翅目昆虫采集工作, 并通过多样性指数分析、多度分析、体型与食性相关分析、相似性分析以及物种累积曲线分析评估了不同采集方法对甲虫的收集效果。本研究共采集甲虫6,380头, 涉及40科197种, 分析结果显示: (1)采用不同采集方法获得的物种数量和组成存在差异。从科级和种级的数量来看, FIT (36科, 149种) > MT (24科, 79种) > PT (17科, 60种); 在物种组成方面, FIT与PT之间、MT与PT之间区别较大, FIT与MT对应的物种相似度稍高于前两组。(2)多样性指数和物种多度分布分析显示: 丰富度指数为FIT > MT > PT, 优势度指数为FIT > PT > MT, 多样性指数为MT > FIT > PT, 均匀度指数为MT > PT > FIT。3种方法采集到的甲虫个体数为1头的种较多, 个体数超过1头的种在时间和空间方面的分布较广, 优势科的种类较少, 但其个体数占总个体数的比例较高。(3) FIT和PT均采集到了6类食性的甲虫, 其中藻食性的缨甲科甲虫仅见于FIT和PT采集方法。(4)物种累积曲线的结果表明3种采集方法效果均较好。3种采集方法各有特点, 但FIT采集的综合效果最优。FIT和MT两种方法的结合提升了采集甲虫的种类、食性和体型等方面的覆盖度, 更利于对甲虫多样性及类群与生态环境功能互作的研究。3种方法所收集到的甲虫存在一定差异, 因此可以针对不同研究目的选取适宜的采集方式。     

广西花坪SITE100样地甲虫标本照片数据集

通过在全球定点布设长期样地, 定量评估昆虫多样性与环境之间的关系具有重要意义。“SITE100”国际大科学计划在全球选定100个大样地, 每个样地统一选用罐诱法、马氏网法和飞行阻隔法三类采集装备, 从物种、形态和遗传多样性三个维度探究全球昆虫多样性格局。花坪被选为全球100个大样地之一。本文的数据集为花坪样地2020年生长季期间的鞘翅目收样结果, 历时7个月(2020.05.09-2020.11.23), 涵盖10个样点, 每个样点包括1套飞行阻隔器、1套马氏网和10个埋罐, 平均每周访问全部样点1次。研究期间共采集甲虫8,914头, 被划分为563个形态种, 涵盖57个科。数据集包括四部分, 第一部分为各样点每个采集装备每次收样所获得甲虫标本的集体照原图, 共计644张, 压缩后为照片1.zip; 第二部分为标注了形态种编号的甲虫标本的集体照, 共计644张, 压缩后为照片2.zip; 第三部分为甲虫标本数量统计数据, 涵盖2020年5月2日至2020年11月23日期间3种采集方式各日期采集甲虫的数量、采集样点的经纬度以及海拔信息, 共2个文件, 压缩后为数据1.zip; 第四部分为甲虫标本高级阶元(科级或亚科级)鉴定信息, 共计2个文件, 压缩后为数据2.zip。该数据集除了可以用于与其他SITE100样地结果进行联合分析之外, 还可用来比较不同栖境中甲虫的类群分布和形态差异, 部分类群的背面观图片为后续的几何形态学或者形态学研究提供数据支持。该数据集还是对花坪甲虫多样性的首次定量评估, 对于丰富我国生物多样性本底数据和了解我国南方昆虫区系的来源具有重要意义。     

全球锹甲的几何形态学数据集

几何形态学是通过定量分析手段对生物的形态特征在几何空间中的变化进行测量, 并将这些测量得到的信息转变为数字信息进行统计学分析以达到形态特征间比较的目的, 目前被越来越多地用于探索生物的特征进化和多样性研究。先前的研究通常提取、比对生物的间断性特征信息用以类群之间的划分, 针对连续性特征研究的缺乏使得有关生物进化和形态学的相关知识变得匮乏。锹甲(鞘翅目: 锹甲科)由于其性二型、雄虫多型性和独特的习性成为形态学研究的重要类群。基于此, 本研究中我们提供了一个包含1,302种锹甲成虫(涵盖全世界99%已知种)的形态学数据集, 数据集包含锹甲的典型的连续性特征, 即前胸背板和鞘翅的外轮廓形态。我们提供的数据集为甲虫的生物多样性、系统发育和进化生物学在内的多个学科的研究提供基础。     

蜣螂后胸叉骨的几何形态学分析及其适应进化研究

【目的】甲虫的后胸叉骨是基部位于后足基节关节处,端部游离在胸腔内的几丁质构成的内骨骼。后胸叉骨作为胸腹部运动肌肉的联结点,在甲虫运动过程中扮演了重要角色,同时也承载了分类和系统发育信息。蜣螂根据其习性可分为滚粪球和直接掘洞两类行为类型。通过传统的比较形态学方法,我们无法得知滚粪球或直接掘洞的行为对后胸叉骨形态的影响。本研究旨在利用定量的几何形态学方法探究蜣螂后胸叉骨形态对不同行为选择压力的响应关系。【方法】对76种蜣螂后胸叉骨的形态多样性进行二维几何形态学定量评估;利用显微CT和计算机三维重建方法,对直接掘洞类蜣螂和滚粪球类蜣螂的代表种西班牙粪蜣螂Copris hispanus和忠诚泽蜣螂Kheper devotus的后胸叉骨进行三维重建,用于比较两者的三维形态差异。【结果】经过几何形态学分析可知,两类蜣螂后胸叉骨背面观和侧面观的马氏距离和普氏距离的p值均低于0.0001,表明两类蜣螂的后胸叉骨的形态存在显著性差异;通过对C.hispanus和K.devotus后胸叉骨3D模型的比较发现,两类蜣螂后胸叉骨的最大区别在于后胸叉骨的端半部(叉臂和中突)。前者的叉臂细长,中突面积大,背立脊呈窄条状且不发达;后者的叉臂宽扁,叉臂基半部十分宽大,中突面积小,背立脊呈鳍状且十分发达。【结论】滚粪球或直接掘洞的行为会对蜣螂后胸叉骨的形态有显著性影响,蜣螂后胸叉骨形态与滚粪球和直接掘洞两种行为的选择压力显著相关,这与后胸叉骨所附着的胸部肌肉参与相关运动关系密切。本研究为探索昆虫形态与功能关系提供了一个有益范例。     

金龟子飞行时鞘翅开合状态与后翅腋片形态的相关性研究

【目的】多数甲虫飞行时鞘翅是张开的，但也有少数甲虫飞行时鞘翅几乎是闭合的(如大部分花金龟、一些蜣螂种类)。飞行时鞘翅闭合可以显著减小空气阻力，提升飞行速度，但限制了后翅关节骨片(腋片)的运动空间和受力状态。腋片在昆虫飞行时扮演动力输送枢纽的角色，前期研究发现腋片具有复杂的内部和外部形态结构，而该结构如此复杂的形态都受到了哪些因素的影响尚不明确，飞行时鞘翅开合行为与腋片的相关性如何还是空白。【方法】利用显微CT扫描10科6亚科共27种金龟子，利用计算机三维重建技术重建和分析了3个腋片[第1腋片(1st axillary, 1Ax)、第2腋片(2nd axillary, 2Ax)和第3腋片(3rd axillary, 3Ax)]的三维图像，其中17种的为鞘翅飞行张开种类，10种的为鞘翅飞行闭合种类，覆盖了金龟总科83%的科级阶元。【结果】飞行时鞘翅张开或闭合的金龟子3个腋片的形态特征均存在差异。较飞行时鞘翅张开的金龟子，飞行时鞘翅闭合的金龟1Ax的头部前端较后端收缩，颈部宽阔且中上部至中部隆起；2Ax的脊更宽阔，内、外叶位置不同；3Ax头部宽阔，内端顶角为锐角，尾部较短。同一类群腋片形态特...     

犀金龟亚科昆虫（鞘翅目∶金龟科）的分类研究历史及中国研究进展

犀金龟亚科Dynastinae隶属于昆虫纲Insecta鞘翅目Coleoptera金龟总科Scarabaeoidea，金龟科Scarabaeidae，多为大型至特大型甲虫。该亚科昆虫世界广泛分布，目前全世界种类已发现8族225属1 860余种。犀金龟成虫为植食性，幼虫多腐食性，部分植食性，其幼虫主要危害植物的地下部分，有些种类是重要的农林业害虫。因此，开展犀金龟系统分类的相关研究对农林业生产具有重要意义。此外，犀金龟亚科昆虫大多外形奇特、极具有观赏性，深受爱好者的喜爱，对其生物学、分类学的研究热度持续升高，促使国际贸易盛行，但同时也存在生物多样性保护和外来入侵物种威胁生态系统平衡等问题。犀金龟亚科的分类学研究主要集中在成虫形态学方面，而该类群一些属的成虫鉴定特征与丽金龟亚科的极为相似，导致犀金龟亚科分类系统常存在争议，因此引入幼虫和蛹的形态特征及分子信息可为犀金龟亚科的分类系统提供新的证据。本文回顾了犀金龟亚科的研究历史以及其对经济的影响，给出了中国犀金龟亚科物种列表，但该亚科现阶段分类学仍以新种记述为主，研究方法较单一，因此分子生物学等技术的发展可为未来研究提供新思路。