Integrating phylogenomics, natural history collection holdings, innovative morphology and paleontological data - The phylogeny and evolution of adephagan beetles as a case study
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden Käfer der Unterordnung Adephaga phylogenetisch untersucht. Diese Gruppe ist morphologisch sehr vielfältig, und umfasst sowohl terrestrisch lebende Linien, wie z. B. die Laufkäfer und Sandlaufkäfer, als auch aquatisch lebende Linien mit ganz unterschiedlichen Lebensweisen auf Familienniveau (z. B. Taumel- und Schwimmkäfer). Mit etwa 45.000 beschriebenen Arten machen die Adephaga ca. 10% der gesamten Käfervielfalt aus. Unser Ansatz bestand darin, neue phylogenomische, paläontologische und morphologische Datensätze zusammenzustellen und diese zu kombinieren, um eine umfassende evolutionäre Rekonstruktion dieser Käfer herleiten zu können. Diese soll vor allem als Fundament für alle zukünftigen phylogenetischen, paläontologischen, evolutionsbiologischen, biogeographischen und taxonomischen Untersuchungen an Adephaga dienen. Damit könnten auf spezifische Linien fokussierte Studien, zum Beispiel auf Familien-, Gattungs- oder Artengruppenniveau, in ein globales Rahmenwerk eingebunden werden. Wir haben eine umfassende Revision jener morphologischen Merkmale durchgeführt, die für phylogenetische Rekonstruktionen der Adephaga relevant erscheinen. Diese Merkmale spiegeln die morphologische Evolution der Adephaga wider und damit die Anpassung an verschiedenste Lebensräume und Lebensweisen. Beispiele sind die geteilten Augen und extrem modifizierten Beine der adulten Taumelkäfer als Anpassung an ein Leben im Oberflächenfilm von Gewässern. Zudem haben wir basierend auf existierenden sowie de novo sequenzierten Transkriptomen ein Proben-Set von 651 Markern erzeugt, um fokussiert bestimmte Bereiche des Genoms amplifizieren und sequenzieren zu können. Dies diente vor allem dem Erschließen von älteren Museumsproben, die mit herkömmlichen Methoden kaum für phylogenomische Projekte verwendet werden können. Dieser Ansatz war erfolgreich und so konnten neben rezent gesammelten Exemplaren auch bis zu über 100 Jahre alte Proben eingebunden werden. Wir konnten erstmals Daten des seltenen Schwimmkäfer Regimbartina pruinosaaus dem tropischen Afrika von einem >100 Jahre alten Museumsexemplar gewinnen. Diese Daten wurden erfolgreich analysiert und publiziert. Eine detaillierte Analyse der Phylogenie der Schwimmkäfer wird in absehbarer Zeit abgeschlossen. Diese Arbeit mit mehr als 150 terminalen Taxa stellt aktuell die umfassendste derartige Studie dar und wird in nächster Zukunft die Basis für eine Reihe von neuen Schwimmkäferprojekten werden. Dabei geht es vor allem um eine verbesserte Datierung der wichtigsten Ereignisse während der Evolution der Dytiscidae in einem robusten phylogenomischem Rahmenwerk. Das von uns ursprünglich geplante paläontologische Arbeitspaket konnte zwar aufgrund der Pandemie nicht durchgeführt werden. Dennoch haben wir und andere Arbeitsgruppen neue Daten zu fossilen Belegen der Adephaga und insbesondere der Dytiscidae gesammelt. Mit umfangsreichen Neuentdeckungen vor allem aus Sibirien, China sowie dem burmesischen Bernstein darf gerechnet werden. Alle diese Belege können anhand unserer phylogenetischen Rekonstruktionen zu verbesserten zeitlichen Hypothesen zur Evolution der Adephaga herangezogen werden und zum Beispiel neue Modelle zur biogeographischen Geschichte dieser Käfer liefern.
Publications
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Vasilikopoulos A, Balke M, Kukowka S, Pflug JM, Martin S, Meusemann K, Hendrich L, Mayer C, Maddison DR, Niehuis O, Beutel RG, Misof B
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