ゲノムと化石から翅を持つ昆虫の初期進化を解明(Genomic and Fossil Evidence Sheds New Light on the Early Evolution of Winged Insects)

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2026-10-12 中国科学院(CAS)

中国科学院南京地質古生物研究所と南京師範大学の研究チームは、ゲノム解析と化石記録を統合し、100年以上にわたり議論されてきた有翅昆虫の系統進化上の謎「古翅類問題(Palaeoptera Problem)」に新たな知見を示した。研究では、中国産カゲロウ類16種の新規ゲノムを解読し、100種以上の昆虫のゲノム・トランスクリプトーム情報を統合。複数の系統解析手法を用いた結果、カゲロウ目とトンボ目は単系統群「古翅類」を形成し、翅を折りたためる新翅類の姉妹群に位置することが支持された。また、分子時計解析と13点の化石年代情報から、有翅昆虫の共通祖先群はデボン紀前期、古翅類はデボン紀後期に成立したと推定された。初期の急速な進化では、遺伝子系統樹の不一致が約40%の遺伝子で認められ、従来の研究で結論が分かれた要因も明らかになった。本研究は、昆虫の飛翔機構の進化と生物多様性の形成史を理解する重要な基盤となる。

ゲノムと化石から翅を持つ昆虫の初期進化を解明(Genomic and Fossil Evidence Sheds New Light on the Early Evolution of Winged Insects)
有翅昆虫の進化における初期分岐事象に関する3つの仮説。A. 古翅類仮説(H1):[[カゲロウ目 + トンボ目] + 新翅類];B. キアストミア類仮説(H2):[トンボ目 + [カゲロウ目 + 新翅類]];C. 後翅類仮説(H3):[カゲロウ目 + [トンボ目 + 新翅類]]。(画像提供:NIGPAS)

<関連情報>

系統ゲノム解析により、古翅類の単系統性が確認され、有翅昆虫の起源が明らかになった Phylogenomics confirms Palaeoptera monophyly and illuminates the origin of winged insects

Shiyu Du, Yehao Wang, Feng Zhang, +4 , and Chenyang Cai
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:October 12, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2614706123

Abstract

The origin and early radiation of winged insects (Pterygota) represent one of the most transformative events in terrestrial evolution, yet phylogenetic relationships among their basalmost lineages (Ephemeroptera, Odonata and Neoptera) continue to be a central debate within insect systematics. Here, we present the most taxonomically comprehensive phylogenomic analysis to date, leveraging genomic and transcriptomic data from 101 species, including 16 sequenced ephemeropteran genomes. Employing 1,367 universal single-copy orthologs across two supermatrices, we used concatenation- and coalescent-based frameworks under homogeneous and heterogeneous, and multispecies coalescent models. Our analyses support Palaeoptera monophyly. Although coalescent-based methods initially suggested a Chiastomyaria (Ephemeroptera + Neoptera) topology, subsequent signal dissection and topology tests confirm that the preponderance of genomic signal favors a monophyletic Palaeoptera. Furthermore, we identify incomplete lineage sorting and gene tree estimation error as the primary drivers of previous topological conflicts. Our molecular dating results point to an Early Devonian origin of crown-Pterygota, whereas crown-Palaeoptera first emerged in the Late Devonian. By reconciling molecular evidence with morphological synapomorphies, such as wing-base sclerite homologies, this study provides a coherent framework for the early evolution of winged insects, supports a single origin of wings, and identifies the neopteran wing-folding mechanism as a singular evolutionary innovation.

細胞遺伝子工学
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