捕食者与猎物的相互关系已被证明是促进生物进化的主要动力之一。与捕食和被捕食相关的自然选择可能会带来物种在形态、生理和行为等各方面的适应性进化。植食性昆虫具有复杂的御敌防卫系统，其中基于形态和生理特化的化学防卫已被证明在不同类群具有趋同进化的可能，但同时基于形态与行为特化的系统进化还较少有人研究。鞘翅目叶甲科昆虫具有多样化的御敌防卫机制，在行为上表现为在遇到捕食者或干扰者时从寄主植物上飞离、逃跑、跌落和跳跃等多种方式，其中尤以跳跃所需的形态基础最为特殊。
叶甲科中的跳甲类昆虫因后足腿节膨大且腿节内具有骨化的跳器而具有较强的跳跃能力。自1929年跳器这一结构被发现以来，在传统分类学上，跳器的有无长期以来被作为划分跳甲和叶甲科其它近缘类群的重要鉴别特征。然而，在跳甲及其近缘类群的传统分类学研究中却不乏“过渡属”，“问题属”等分类单元的存在，这些类群多数具有跳器，但是在其它形态特征上，如后翅翅脉、雌性生殖系统的骨化结构等却与萤叶甲相关类群相似。这类现象的存在使跳甲与萤叶甲的系统发育关系成为鞘翅目系统进化研究中长期争论的话题，而跳甲与萤叶甲高级阶元的分类研究也因此受到一定程度的阻碍。
最近，中科院动物研究所等机构的科研人员通过对跳甲、萤叶甲的分子系统学研究发现，跳器在传统的跳甲亚科和萤叶甲亚科中具有平行进化的现象，从而否定了以跳器作为界定跳甲亚科和萤叶甲亚科的可靠性。对“跳器这一功能结构在跳甲和萤叶甲中存在平行进化”这一假说的验证，解决了鞘翅目系统分类与进化研究中长期以来争论不休的一个重要科学问题，这也提示在分类学研究中将与御敌防卫相关的形态结构作为分类依据时需要谨慎。分子进化钟的估算显示，跳器结构简单的类群并不像前人推测的那样属于原始类群；同时也再次验证了跳甲和萤叶甲比叶甲科其它类群起源要晚。但是跳甲和萤叶甲却具有非常丰富的物种，因而其具有较高的物种分化率。研究人员推测：跳器在叶甲科不同类群的多次起源可能是这些类群适应于相似自然选择，尤其是被捕食的压力的结果，跳器的存在和在叶甲科中的多次出现可能提高了这些类群的御敌防卫效率，也加速了其物种的快速分化。
该项研究由动物进化与系统学院重点实验室杨星科研究员、英国帝国理工大学Alfried P. Vogler教授和西班牙巴塞罗那生物进化研究所Jesús Gómez-Zurita研究员领导的课题组合作完成，在国内得到中国科学院知识创新工程、国家自然科学基金等项目的资助。第一作者葛德燕博士还受到国家留学基金委中英联合培养博士研究生奖学金的资助。
这一研究成果已在线发表于Proceedings of the Royal Society B: Biological Science。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原文出处：
Proceedings of the Royal Society B: Biological Science. doi: 10.1098/rspb.2010.1500
Anti-predator defence drives parallel morphological evolution in flea beetles
Deyan Ge1,2,3, Douglas Chesters2,4, Jesús Gómez-Zurita5, Lijie Zhang1, Xingke Yang1,* and Alfried P. Vogler2,4,*
Abstract
Complex morphological or functional traits are frequently considered evolutionarily unique and hence useful for taxonomic classification. Flea beetles (Alticinae) are characterized by an extraordinary jumping apparatus in the usually greatly expanded femur of their hind legs that separates them from the related Galerucinae. Here, we examine the evolution of this trait using phylogenetic analysis and a time-calibrated tree from mitochondrial (rrnL and cox1) and nuclear (small subunits and large subunits) genes, as well as morphometrics of femora using elliptic Fourier analysis. The phylogeny strongly supports multiple independent origins of the metafemoral spring and therefore rejects the monophyly of Alticinae, as defined by this trait. Geometric outline analysis of femora shows the great plasticity of this structure and its correlation with the type and diversity of the metafemoral springs. The recognition of convergence in jumping apparatus now resolves the long-standing difficulties of Galerucinae–Alticinae classification, and cautions against the value of trait complexity as a measure of taxonomic significance. The lineage also shows accelerated species diversification rates relative to other leaf beetles, which may be promoted by the same ecological factors that also favour the repeated evolution of jumping as an anti-predation mechanism.
