在山间清澈的溪流中，藏着一类不起眼却至关重要的“水质监测员”—— 石蝇。这些体长不足 1 厘米的昆虫幼虫，凭借对水质的极致敏感，成为国际公认的淡水健康 “活指标”。石蝇的气管鳃布满纤细绒毛，稍有酸雨污染或工业废水入侵便会迅速消失，就像天然的水质 PH 试纸。但很少有人知道，这类现存约 4000 种的古老昆虫，还背负着破解有翅昆虫起源的关键密码。
作为最古老的有翅昆虫类群之一，石蝇的演化历史可追溯至数亿年前。然而，由于化石记录残缺、形态特征在演化中频繁变化，加上早期基因研究覆盖面有限，科学家始终没能拼凑出完整的石蝇 “家族树”。特别是其两大分支 —— 真颚组和原颚组的起源关系，更是悬置多年的学术难题。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所蔡晨阳研究员等与扬州大学杜予州教授团队的合作研究，终于为这一谜题带来了突破性答案。相关成果已发表于跨学科期刊 iScience。
“以往研究要么类群覆盖不全，要么分析模型不够精准。” 蔡晨阳介绍，此次他们集齐了全球所有 17 个石蝇科的 “代表”—— 新测序 29 种石蝇的线粒体基因组，再结合已公开的 68 个类群数据，构建起覆盖 97 个物种的庞大基因数据库，这是首次实现石蝇全科级别的线粒体基因组分析。
更关键的是，研究采用了 “升级版” 分析工具 —— 引入能处理基因位点异质性的 CAT-GTR 模型。这种模型能有效避免 “长枝吸引” 等系统误差，就像给基因分析戴上 “精准眼镜”，比传统方法更接近演化真相。通过最大似然法与贝叶斯推断法的双重验证，石蝇家族的亲缘关系终于清晰起来。
本次研究破解了三大演化关键谜题：一、真颚组的 “始祖科” 浮出水面。研究明确，裸襀科是真颚组中最早分化的支系，这与形态学证据完美吻合。令人意外的是，该科石蝇缺失求偶行为的独特特征，并非原始状态，而是演化中 “二次丢失” 的结果。这一发现改写了对石蝇行为演化的传统认知。二、近亲关系的 “正确配对”。长期争议的带襀科与卷襀科，被证实为 “姐妹群” 关系。而在原颚组中，刺襀科则被确认为最早分化的支系，为厘清两大组群的演化脉络提供了关键锚点。三、亿年演化的时间坐标。结合最新化石与地层学数据，研究绘制出石蝇的演化时间表：它们的冠群起源于约 3 亿年前的宾夕法尼亚纪，而现存各科的分化高峰集中在乌拉尔世至早三叠世（约 2.9 亿至 2.5 亿年前）。这一时间框架，恰好与远古地球的生态变迁形成呼应。
“这棵‘家族树’不仅解决了分类争议，更搭建起研究石蝇生态适应的基础框架。” 蔡晨阳指出，石蝇的演化史堪称淡水生态系统变迁的 “活档案”。更重要的是，研究证明了线粒体基因组在解析昆虫高阶元演化中的潜力。
“只要模型选得对，线粒体基因就能发挥大作用。” 蔡晨阳表示，未来结合核基因组与更多化石证据，有望还原这一古老类群完整的演化传奇。
从山间溪流的 “水质监测员” 到破解演化谜题的 “关键证人”，石蝇的故事仍在继续。这些不起眼的小昆虫，正用它们的基因密码，向我们诉说着地球生命与淡水生态的亿年变迁。
现生所有科全覆盖的襀翅目昆虫演化时间框架
襀翅目各科的演化关系和分歧时间估算
来源：中国科学院南京地质古生物研究所
原标题：整合化石和组学数据揭示石蝇演化历史
链接：https://nigpas.cas.cn/kyjz/202510/t20251010_7985324.html
作者：盛捷 蔡晨阳
编辑排版：盛捷