《Zoologischer Anzeiger》：DNA-based evidence for post-glacial colonisation of
Niphargus (Malacostraca: Amphipoda: Niphargidae) in formerly glaciated northern Germany
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本研究通過分析德國北部冰川后地區Niphargus aquilex的線粒體COI基因，發現其遺傳多樣性極低且與南方群體共享獨特單倍型，支持冰川后期遷入而非冰川期存活的假說，并推測冰川隧道系統可能促進了擴散。
迪特爾·韋伯（Dieter Weber）| 米哈爾·倫多什（Michal Rendo?）| 米哈烏·格拉博夫斯基（Micha? Grabowski）
森肯伯格德國昆蟲學研究所（Senckenberg Deutsches Entomologisches Institut），德國明希貝格（Müncheberg）
摘要
地下水端足類動物屬Niphargus在南歐地區具有高度多樣性，但在其分布范圍的北部邊緣卻數量稀少，這主要是由于更新世時期的多次冰川作用影響了其分布格局。針對德國北部地區，目前有兩種相互競爭的假說：一種認為該物種在冰川期期間幸存于冰蓋以北；另一種則認為它們是在冰川期后從南部避難所遷徙而來的。為了驗證這些假說，我們調查了德國北部曾經被冰川覆蓋的58個地點，并分析了23個采集樣本的線粒體COI序列，同時參考了之前研究中的123個序列。所有樣本均被歸類為Niphargus aquilex（狹義）。在曾經被冰川覆蓋的德國最北部地區，遺傳多樣性極低，其單倍型要么是獨特的，要么與附近的未受冰川影響的群體共有。分子變異分析和Fst值表明地理群體之間存在明顯的遺傳結構差異，而Mantel檢驗未發現遺傳距離與地理距離之間的相關性。這些結果支持后一種假說，即Niphargus是在冰川期后從南部地區遷徙到德國北部的。其他擴散途徑的證據相對不足，因此深部更新世隧道系統可能促進了其擴散。N. aquilex對德國北部的殖民似乎屬于該屬中的罕見偶然事件。了解此類受限的擴散過程對于預測地下水生物對未來環境變化的響應至關重要。
引言
Niphargus屬（Niphargidae：端足目：軟甲綱）的地下水甲殼動物近年來成為基于DNA的研究熱點，部分原因是它們被視為進化生物學中的良好模型物種（Fi?er, 2012）。在整個歐洲范圍內，該屬在分布范圍的南部地區物種最為豐富，例如巴爾干半島（Fi?er et al., 2021; Ntakis et al., 2020; Petkovi? et al., 2020），許多物種的分布范圍較為局限。向北和東北方向移動時，物種豐富度逐漸減少，但個別物種的分布范圍有所擴大（Zagmajster et al., 2014）。目前所知的Niphargus屬的北部分布邊界大致沿著一條從明斯特（Münster）經奧斯納布呂克（Osnabrück）、漢諾威（Hanover）和哈爾茨山脈（Harz Mountains）到德累斯頓（Dresden）的線路延伸（Weber, 2022a）。
雖然關于阿爾卑斯山最后一次冰川最大期（LGM）期間Niphargus屬的分布及其冰川期后的擴散情況已有研究（Foulquier et al., 2008; Knüsel et al., 2024），但對于北歐更新世冰蓋邊界以北地區的相關問題研究尚不充分（Weber, 2022a）。盡管進行了廣泛搜索，Weber (2022a)僅在一些曾經被冰川覆蓋的德國北部地區發現了少量Niphargus屬的記錄，而在更遠的地區則未發現任何蹤跡，這支持了普遍觀點，即這些地區在更新世期間大部分被冰蓋覆蓋（Ehlers et al., 2004）。然而，已知某些地下端足類動物能夠在冰蓋下存活，例如威斯康星州冰川中的Stygobromus canadensis（Holsinger, 1980）或冰島的Crangonxy islandicus（Kornobis et al., 2010）。因此，Niphargus屬是否曾在歐洲大陸北部冰蓋覆蓋的區域存活仍然是一個未解之謎。在本研究中，我們在德國北部多個位于中更新世和晚更新世冰川邊界以北的地點發現了Niphargus屬的蹤跡。
早期文獻中很少提及德國北部的Niphargus屬。歷史記錄包括在不來梅（Bremen）和布倫瑞克（Braunschweig）附近的泉水和溪流中發現的N. puteanus（C.L. Koch, 1836）和N. aquilex（Schi?dte, 1855）（Schellenberg, 1942; Viets, 1919），以及漢堡（Hamburg）和赫利戈蘭（Heligoland）的零星發現（Brehm, 1955; Schellenberg, 1942）。然而，最近的調查未能在這些地點確認Niphargus
研究區域
研究區域
根據Illies（1978）定義的淡水生態區，德國位于中歐和西歐多個湖泊動物地理單元的交匯處。這些單元在地貌、水文條件及地下水棲息地的可用性方面存在差異，從而導致Niphargus屬的多樣性和分布存在顯著的區域性差異（Weber, 2022a）。同時，德國包含多個受不同影響的主要地貌區域
結果
在德國北部平原調查的58個地下水樣本中，在下薩克森州（Lower Saxony）的冰磧丘陵上的五個泉水中檢測到了Niphargus aquilex（補充材料1–2），共獲得了23個個體。其中19個樣本成功提取了COI條形碼，而另外4個樣本未能生成可用序列。這19個COI序列包含兩個密切相關的單倍型，兩者僅相差一個替換位點（圖2）。
在總共142個序列的數據集中，有66個位點存在多態性
Niphargus aquilex的冰川期后殖民
根據分子生物學結果，Niphargus aquilex在德國北部的存在更符合冰川期后的殖民過程，而非長期在冰蓋以北地區持續存活。遺傳證據，尤其是最北部群體的極低多樣性（Hd = 0.105；π = 0.000），表明線粒體變異顯著減少。這種低多樣性可能源于長期存活過程中的嚴重瓶頸效應或是由少數創始種群導致的
結論
總結如下：
(1)基于DNA的分析結果排除了Niphargus aquilex
在德國北部冰川期期間存活的假設；相反，該物種是在冰川期后從南部避難所遷徙到該地區的。向北的擴張似乎是由少數來自未受冰川影響地區的創始線粒體譜系啟動的，并可能得到了深部更新世自然隧道系統的輔助
CRediT作者貢獻聲明
迪特爾·韋伯（Dieter Weber）：負責寫作、審稿與編輯、原始草稿撰寫、數據可視化、方法論制定及數據管理。米哈爾·倫多什（Michal Rendo?）：負責寫作、審稿與編輯、數據驗證、方法論分析及數據管理。米哈烏·格拉博夫斯基（Micha? Grabowski）：負責寫作、審稿與編輯、數據驗證、項目監督、資金爭取及數據管理
未引用參考文獻
Avise, 2000; Excoffier et al., 2009; Hewitt, 2004; Weber et al., 2023; Weber et al., 2022.致謝
本研究得到了波蘭高性能計算基礎設施PLGrid（HPC中心：ACK Cyfronet AGH）的支持，該中心提供了計算資源和資助（項目編號：PLG/2024/016952），同時也得到了斯洛伐克研究與發展機構（APVV-23-0208）的資助。我們感謝Anne Ipsen和Helmut P?tsch在野外工作和樣本采集方面的協助，同時感謝Andreas Fuchs和Hans-Jürgen Hahn允許我們使用他們在赫利戈蘭島的未發表數據。
