《Systematic Entomology》：The evolutionary retreats of Cyaniris semiargus—beach or mountain? Contrasting paths across ecological gradients
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这篇研究以广泛分布但南部种群高度隔离的马扎林蓝蝶 (Cyaniris semiargus) 为模型，通过全基因组双酶切限制性位点相关DNA测序 (ddRADseq) 和环境数据分析，揭示了历史气候振荡和地理隔离如何在其伊比利亚半岛和北非的南部避难所中塑造了深刻的遗传分化、基因流受限和生态特化。研究发现四个深部分化的遗传谱系，沿海种群表现出对温和稳定气候及特化寄主植物的适应，而山地谱系则在气候极端的高海拔避难所中存续。研究强调了冰川避难所、栖息地特化和生态分化在塑造生物多样性模式中的关键作用，并指出针对特定谱系进行保护的紧迫性。
引言：气候振荡与生物多样性塑造
历史气候振荡和地质事件在塑造生物多样性、驱动遗传分化和物种形成方面发挥了根本性作用。许多物种经历了分布范围的扩张与收缩循环，导致种群碎片化，并为异域分化创造了机会。蝴蝶（凤蝶总科）因其对特定环境条件的强烈依赖，对气候变化尤为敏感。许多种类依赖特定的寄主植物产卵和幼虫取食，而这些植物又受到温度、湿度和季节性降水等气候条件的强烈影响。
广泛分布的蝴蝶马扎林蓝蝶 (Cyaniris semiargus) 为研究历史气候变迁和地理障碍如何塑造遗传多样性提供了一个引人注目的案例。在其分布区的最南端，种群仅限于山地生境或高度局域化的沿海环境。这种地理结构表明，过去的气候变化，特别是冰期和间冰期循环，在塑造其分布格局中扮演了主要角色，导致了多次异域分化事件。
在伊比利亚半岛南部和北非，存在数个隔离的C. semiargus种群。东南西班牙（贝蒂克山脉）和摩洛哥（阿特拉斯山脉）的山地种群目前与横跨伊比利亚半岛北部和欧洲其他地区的主要、近乎连续的分布区隔离。令人惊讶的是，该物种也出现在伊比利亚西南部沿海地区——多尼亚纳（西班牙韦尔瓦）和葡萄牙西南海岸。在这些地点，它栖息在与浅水相关的沙质低地生境，与其他南部种群所处的高海拔环境截然不同。这些沿海种群表现出独特的形态特征，并且多尼亚纳种群被视为一个独立的亚种：C. semiargus tartessus。有趣的是，这些沿海种群的幼虫表现出特化的寄主植物利用，进一步强化了其生态独特性。在多尼亚纳，幼虫专一地取食仅限于该沿海地区的绒毛海石竹 (Armeria velutina)。葡萄牙西南部的种群则以同样局限于特定沿海生境的刺叶海石竹 (Armeria pungens) 为食。这种营养特化与主要依赖多种豆科 (Fabaceae) 物种的其他种群形成对比。
基于现有数据，空间和生态结构似乎至少部分与遗传相关。先前对C. semiargus线粒体DNA (mtDNA) 遗传多样性的研究已经识别出多尼亚纳、内华达山脉和摩洛哥阿特拉斯山脉中不同的线粒体谱系。这些发现表明，在该物种分布区的最南端可能发生了多次独立的异域分化过程。
材料与方法：基因组学与环境关联分析
本研究利用双酶切限制性位点相关DNA测序 (ddRADseq) 获得的全基因组数据，结合气候数据，旨在：1) 调查C. semiargus在整个西古北界的遗传结构，特别关注其分布区南部的隔离种群；2) 评估种群间和种群内的基因流与近交情况；3) 研究气候适应性作为分化驱动因素的作用；4) 整合所有可用数据（包括新生成的细胞色素c氧化酶亚基I (COI) 序列）修订分类学；5) 评估可能值得优先保护的独特进化显著单元 (ESU)。
采样覆盖了该物种的已知分布范围，广泛涵盖了广阔的欧洲范围，并更局部、更大量地涵盖了伊比利亚南部和摩洛哥的隔离种群。研究共获取并分析了75个C. semiargus样本的ddRADseq数据，样本来自古北界各地，从西部的伊比利亚半岛到东部的哈萨克斯坦东部，从北部的芬兰拉普兰到南部的意大利西西里岛和希腊伯罗奔尼撒。此外，还测序了来自挪威的一个Agriades aquilo和一个Agriades optilete作为外群。
数据分析包括主成分分析 (PCA) 和基于模型的贝叶斯聚类分析（使用STRUCTURE）来探索种群遗传结构模式。进行了生物气候主成分分析 (BPCA) 以说明采样地点的气候条件，并进行了冗余分析 (RDA) 以模拟基因组解释矩阵对生态响应矩阵的影响。使用Struct-f4软件基于f4统计量推断祖先成分和种群结构。使用fineRADstructure评估近期共祖关系。通过最大似然法 (IQ-TREE) 和物种树推断 (ASTRAL) 进行系统发育推断，并使用D统计量 (ABBA-BABA) 和f-branch统计量检测基因渗入。使用PLINK评估近交系数和遗传多样性。最后，分析了沃尔巴克氏体 (Wolbachia) 感染情况，但未在样本中检测到。
结果：深刻的遗传分化与生态适应
1. 种群遗传结构
主成分分析 (PCA) 显示，PC1解释了13.3%的方差，将来自摩洛哥和伊比利亚南部的、地理隔离的种群与古北界其他所有样本分开。PC2解释了7.78%的方差，将西南古北界四个隔离种群（摩洛哥、葡萄牙西南部、多尼亚纳、西班牙东南部）彼此分开，并将希腊（尤其是伯罗奔尼撒）的个体与欧洲其他地区分开。总体上，伊比利亚南部和摩洛哥的隔离种群彼此之间以及与古北界其他地区（直至哈萨克斯坦东部）之间分离清晰。
STRUCTURE分析显示，在最佳聚类数K=4时，四个聚类分别为：1) 伊比利亚南部和摩洛哥隔离种群（内部有进一步分化）；2) 葡萄牙西南部种群（在K=3时已显现）；3) 巴尔干和亚美尼亚种群；4) 广泛的古北界类群。伯罗奔尼撒的样本在第四个聚类中混合程度最低。
2. 气候适应与生态分化
生物气候主成分分析 (BPCA) 显示，阿特拉斯山脉（摩洛哥）和内华达山脉（贝蒂克山脉，西班牙东南部）的南部山地种群与昼夜温度范围/年温度范围和海拔呈正相关。相反，葡萄牙西南部和多尼亚纳的沿海种群与年温度范围和海拔呈负相关。所有隔离种群（山地和沿海）都与夏季最高温度呈正相关，与夏季降水呈负相关。古北界主要谱系的个体则存在于更广泛的条件中，主要在中海拔地区，与夏季降水呈正相关，与夏季最高温度呈负相关。
冗余分析 (RDA) 突出了气候适应的方向，表明摩洛哥、西班牙东南部和伯罗奔尼撒的山地种群适应南部山地的条件，如较高的温度变幅、更干燥炎热的夏季和更湿润的冬季。同时，多尼亚纳和葡萄牙西南部的种群似乎适应了它们所栖息的沿海条件，如较低的温度变幅以及更干燥炎热的夏季。古北界主要谱系的个体则似乎适应更广泛的条件，主要朝向更湿润、更凉爽的夏季。
3. 谱系结构与近期基因流
Struct-f4分析结果与PCA和STRUCTURE基本一致，但提供了更精细的祖先成分解析。在K=8时，识别出对应于葡萄牙西南部、伊比利亚南部其他隔离种群、西班牙东南部、中北部伊比利亚、多尼亚纳、广泛欧洲成分、以及伯罗奔尼撒的多个祖先成分。
近期共祖 (fineRADstructure) 分析显示，西南古北界种群，特别是葡萄牙西南部和摩洛哥，具有较高的共祖值，这反映了小型地理隔离种群内部较高的亲缘关系。这些种群与伊比利亚半岛以外的欧洲个体之间共祖值非常低，表明缺乏基因流。
4. 系统发育关系与历史基因渗入
最大似然系统发育树显示，多尼亚纳、西班牙东南部、葡萄牙西南部和摩洛哥这四个隔离种群各自形成一个高支持度的单系群。它们共同形成一个具有较长基部分支的支系。葡萄牙西南部和多尼亚纳种群是姐妹群，摩洛哥种群是它们的姐妹群。西班牙东南部样本是上述三个种群所构成支系的姐妹群。希腊的个体也形成一个有支持的支系。古北界其他标本形成一个并系群。
D统计量检测显示，欧洲和伊比利亚个体与多尼亚纳和葡萄牙西南部种群之间存在过量的共享等位基因。f-branch分析将这种信号转化为当前多尼亚纳和葡萄牙西南部沿海种群共同祖先与伊比利亚及欧洲个体之间的一次基因渗入事件。
5. 近交与遗传多样性
多尼亚纳和西班牙东南部的种群显示出近交水平升高，与零有统计学差异。摩洛哥种群呈现变异性，包括一个看似高度近交的个体，但其平均近交水平与零无统计学差异。葡萄牙西南部种群的近交水平也与零无显著差异。这些西南部隔离种群（尤其是摩洛哥和葡萄牙西南部）的分离位点数量和核苷酸多样性 (π) 值低于主要的欧洲类群。
6. 新亚种描述
基于遗传和生态独特性，本研究描述了两个新亚种：
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Cyaniris semiargus bastetanissp. nov.：分布于西班牙东南部贝蒂克山脉（如内华达山）的高海拔生境。其COI条形码在第212位和第263位有特异性碱基差异。
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Cyaniris semiargus cynetesssp. nov.：分布于葡萄牙西南部的低海拔沿海生境，幼虫以刺叶海石竹 (Armeria pungens) 为食。其COI条形码在第433位和第646位有特异性碱基差异。
同时，研究确认了此前已知的亚种地位：多尼亚纳的C. s. tartessus、摩洛哥阿特拉斯山的C. s. maroccana、伯罗奔尼撒的C. s. helena，以及伊比利亚中北部的C. s. transiens。
讨论：平行生态物种形成与保护启示
本研究揭示了C. semiargus南部隔离种群之间惊人的遗传结构。这种模式与南部避难所的周期性隔离观点一致，种群在破碎化、气候稳定的栖息地中存活，而更广泛的分布区则经历周期性的种群衰退。这种隔离促进了独立的进化轨迹，并随着时间的推移，通过本地适应和有限的连通性得到加强。
研究发现，伊比利亚半岛内部存在三个高度分化的谱系，加上一个仅限于伊比利亚中北部的混合谱系，这代表了“避难所中的避难所”模型的极端案例。伊比利亚复杂的地形可能在第四纪气候振荡期间创造了此类微避难所的镶嵌体，导致了多个类群中异质的遗传结构。
研究识别出两个主要的生态分化轴。首先，西班牙东南部和摩洛哥阿特拉斯山的西南部山地种群适应陡峭的昼夜温度范围和季节性干旱，表现出强烈的遗传分化、单系性和生态隔离。有趣的是，在伯罗奔尼撒的南部巴尔干种群中，尽管遗传结构较弱，但冗余分析 (RDA) 捕捉到了相似的基因型-环境关联，表明存在平行的生态分化。
其次，葡萄牙西南部和多尼亚纳的沿海种群也表现出强烈的生态分化，但方向相反（低海拔）。它们适应温和、低变异性的沿海气候，并特化于地方性的Armeria寄主植物。冗余分析 (RDA) 揭示了两者之间 strikingly similar 的基因型-环境关联。
总体而言，这些结果表明C. semiargus的南部隔离种群正在经历平行的生态物种形成。在每种情况下，环境适应和有限的基因流共同促进进化分化和强烈的遗传结构。
保护意义与威胁
C. semiargus种群的破碎化和遗传结构化性质引发了严重的保护关切。其南部隔离种群都表现出极小的分布范围、近交迹象，并且高度依赖于面临各种威胁的生境，这增加了在当前和未来气候变化情景下的灭绝风险。具体威胁包括：1) C. s. tartessus受多尼亚纳地下水过度开采的威胁，这降低了水位并威胁其幼虫寄主植物Armeria velutina的生存；2) C. s. cynetes因土地利用集约化（单一栽培和温室）而面临风险；3) C. s. maroccana和 4) C. s. bastetani则因气候变化导致适宜栖息地收缩和连通性下降而受到威胁。
尽管这些谱系表现出单系性、显著的分化水平、环境适应性和当前基因流的缺失，在某些物种概念下可能被提升为独立物种，但为避免分类膨胀，并由于当前异域分布无法测试生殖隔离，本研究采取了更保守的框架，将它们视为亚种。然而，这些亚种代表了独立进化的谱系，符合不同的进化、保护和管理单元的定义。保护C. semiargus需要针对每个分类单元，分别维持、确保连通性，并在需要和可能时恢复适宜的栖息地。保护其沿海栖息地中的特有寄主植物——Armeria velutina和 A. pungens也至关重要。
这项研究阐释了多样性是如何在物种气候生态位的边缘，通过分化选择而产生的。随着环境压力加剧，识别和保护这些在遗传和生态上独特的种群，对于C. semiargus以及其他具有类似结构的物种中独特分化谱系的长期生存可能至关重要。
