鞘翅愈合的形态学特征及其与拟步甲生境选择的关系

发布时间：2020-04-30 13:16

【摘要】：受极端环境胁迫,分布于荒漠半荒漠和高寒地区的许多步甲进化出鞘翅愈合、后翅退化的适应性性状,并形成了一种特别的装置——“亚鞘窝”。此类结构的出现有效缓解了甲虫身体水分的丧失,有利于拟步甲加固体壁、阻止异质入侵等。鞘翅愈合与后翅退化这种看起来退化了的特征,在拟步甲适应荒漠(半荒漠)和极端高寒环境的演化及物种多样性的形成过程中具有十分重要的意义。揭示这种特征,对于解释该类型拟步甲在物竞天择、适者生存和繁衍的自然选择进程中具有重要科学价值。鉴于学术界鲜有这方面的研究报道,本研究显示出一定的探索价值。期望通过标本解剖、显微CT以及电镜扫描等比较研究,寻找拟步甲的鞘翅愈合与体壁结构以及环境的对应关系。经过对样品的显微CT观察和扫描、3D图像重构、保留预览图像和3D图像切面截图、CTan测量鞘翅厚度、体长指标相关性分析等获得相关数据。扫描电镜主要是对标本解剖过程中所获得的鞘翅段切面进行扫描,以获得清晰的微观结构。这项研究发现了鞘翅愈合型拟步甲体壁的共性连接构造,并总结了鞘翅愈合现象的生物学意义;初步总结出鞘翅愈合型拟步甲的4种特殊结构,分别为:中空类结构、加固型结构、特殊体态及其他结构,分析讨论了这些变化类型的甲虫与环境的适应关系。得出了小琵甲属鞘翅厚度与海拔成负相关的关系,并分析了其生物学原因。对比了荒漠(半荒漠)鞘翅愈合型拟步甲的变厚致密体壁与高寒类群的细微结构。初步结论如下:(1)鞘翅愈合现象在拟步甲科的拟步甲亚科、漠甲亚科与伪叶甲亚科中存在,并且存在共性的愈合结构。(2)鞘翅的愈合为拟步甲腹腔形成闭合腔体提供了基础,增强了体壁的机械强度,改变了体型体态,并催生了鞘翅内中空、脊状加固等新结构。(3)荒漠类群的愈合鞘翅演化趋势为愈合瘤中间的空洞逐渐向两侧消失,愈合结构逐步与两侧鞘翅同质化;体壁较厚且高度致密化、多脊状结构,形成坚硬的体壁。(4)高寒类群的鞘翅愈合型拟步甲愈合瘤逐步与两侧鞘翅融合形成孔洞状结构,多出现体壁内中空等结构应对极端温度。以小琵甲属为例,分布的海拔高度与鞘翅厚度成负相关,随海拔升高其体壁内中空结构有增多的趋势。(5)鞘翅愈合是拟步甲应对极端环境的适应行为,是“退化中的进化”类型,鞘翅愈合与后翅退化是相辅相成的进化现象。
【图文】：

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2图 1-1 我国 3000-5500 m 海拔区域示意图蓝色部分表示海拔为负，绿色部分表示 0-3000 m 海拔，棕色部分表示 3000-5500 m，，白色部分表示 5500 鞘翅愈合及后翅退化与拟步甲的环境适应拟步甲鞘翅的愈合是 1 种高度适应环境的表现，其生物学重要性不言而喻。由于生态环境所高寒环境拟步甲多放弃飞行，进化为土栖、半土栖，石块下生活，在洞穴或植物根系土壤等。正是在此背景下，鞘翅愈合与后翅退化类群成为了荒漠以及高寒环境的优势甲虫类群。为应对极端温度及水分散失等环境因素，鞘翅愈合型拟步甲的鞘翅与体壁其他位置的连接为连接，这是一种坚固而严密的连接方式（Bouchard 等，2001）。此种连接方式与鞘翅的愈合完全闭合。闭合的腔体起到了很好的防止水分散失的作用。一方面，无缝闭合的体腔可以有分的挥发；另一方面，亚鞘窝的出现使拟步甲的气孔开口包裹于其窝内而不直接与外界连通

鞘翅,拟步甲,横切面,中空结构

图 3-4 4 种鞘翅愈合型拟步甲横切面注：左上为贝氏贞琵甲、右上为黑色小琵甲、左下为喜马小琵甲、右下为凹腹小琵甲如图 3-4 中所示，贝氏贞琵甲体壁相对致密，愈合瘤仅有孔状结构为中空，鞘翅中中空结构色小琵甲鞘翅中空腔明显，愈合瘤中空，两侧鞘翅中空连续；喜马小琵甲其他与黑色小琵甲区别其两侧鞘翅中的空腔断续存在；凹腹小琵甲愈合瘤中空，鞘翅两侧中空较少，腹板中中空亦不这种中空结构在种内基本稳定存在，但是其多少以及疏密会有改变。这一变化将在后续鞘翅愈步甲的高寒适应中详细说明。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q964;Q968

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