Elucidation of morphological evolutionary history of beetle fossils using internal structures and its application to phylogenetics

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20J00159
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山本 周平 北海道大学, 総合博物館, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Keywords: 甲虫目 / ハネカクシ科 / 化石 / 琥珀 / マイクロCTスキャン / 形態進化 / 系統 / 分類学

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に続く形で新型コロナウイルスによる入室制限などの影響が生じたことから、申請書に記載されている予定とはやや異なる研究活動を余儀なくされた。とはいえ、概ね研究の目的と合致した成果が複数得られている。それらの結果は計14編もの査読付き英文論文として結実した。内訳は、筆頭(単著)兼責任著者論文3編、責任著者論文2編、共同筆頭著者論文1編、その他共著論文8編である。

主要な成果としては、琥珀中のハネカクシ科甲虫(Charhyphus属)の化石から外見では確認できない交尾器形態の情報をマイクロCTスキャンにより抽出し、3次元モデルを作成することに成功したことが挙げられる (Yamamoto et al., 2022, Earth Environ. Sci. Trans. R. Soc. Edinb.)。本研究は、硬化の程度が低い雌交尾器の形態を抽出できた数少ない研究例となり、本属の異質性を改めて示した。また、同科ホソヒゲハネカクシ亜科(Trichophyinae)で初となる化石を白亜紀の琥珀から記録し、形態進化の遅さや生物地理に関する考察を行った (Yamamoto & Newton, 2021)。

また、本年度は共著論文で多大な成果を上げることができた。まず、甲虫目の大規模な系統解析と化石情報を用いた分岐年代推定を行った論文では、同時に高次系統分類の再編も行った (Cai et al., 2022)。今後、世界中の甲虫に関する系統分類の研究に大きな影響を与えるだろう。次に、白亜紀の琥珀中のアリ化石に関する論文である (Boudinot et al., 2022)。本論文は、1つの琥珀中からアリのワーカー(働きアリ)と同種の蛹の化石を報告したもので、中生代から初めてとなるアリの蛹の報告となった。その稀有な標本に基づき、世界最古のアリが真社会性を有していた可能性についても議論した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新型コロナウイルスや国際情勢の影響もあり、一部の調査活動や国際共同研究について見直しを迫られることとなった。とはいえ、既に在宅ワークでかなりの研究活動を行えるよう体制を整えたことに加え、分散投資のように多数の国際プロジェクトを立ち上げていたこともあり、結果的には上述のように14編もの投稿論文を発表することができた。そして、化石形態から系統学的な考察を行うという、当初の申請書に記載した通りの成果が得られたことで、本研究の目的を部分的に達成することができた。また、投稿中の論文が4編あり、それらに加えて投稿直前の原稿も複数あることから、最終年度となる翌年度も着実に成果を出せる見込みである。以上を考慮して、概ね順調に研究が進展しているものと判断した。

Strategy for Future Research Activity

新型コロナウイルスの影響が翌年度も継続することと仮定し、特に海外への調査が出来ないことを前提とした研究計画を立てている。また、基本的には在宅ワークを中心とし、数回程度の短い国内における調査を実施することを予定している。手元には既に十分な琥珀サンプルがあることから、今年度までに予備的な研究を実施しているものがいくつかある。最終年度ではそれらを論文化することを主要な目的としたい。とりわけ、エンマムシ科やハネカクシ科を中心とした甲虫目において複数の異なる研究を行い、可能であれば論文化まで行いたいと考えている。詳しい内容については差し控えるが、系統分類だけでなく、比較形態や形態進化などの観点においても興味深い成果が得られる見通しとなっている。また、系統解析に化石の形態情報を入れ込むことで、絶滅分類群の系統位置をダイレクトに模索していきたい。加えて、国際共同研究も相当数を展開しており、徐々に結果が出つつある。残念ながら、目下、新型コロナウイルスや政治情勢等により種々の国際的な混乱の影響を受けているが、状況を見極めつつ可能な限り、海外の研究者と行っている研究成果の公表も目指したい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Friedrich-Schiller-Universitat Jena(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Friedrich-Schiller-Universitat Jena
• [Int'l Joint Research] Schmalhausen Institute of Zoology/National Academy of Sciences of Ukraine(ウクライナ)
  • Country Name: UKRAINE
  • Counterpart Institution: Schmalhausen Institute of Zoology/National Academy of Sciences of Ukraine
• [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Chinese Academy of Sciences
• [Int'l Joint Research] Negaunee Integrative Research Center/Field Museum of Natural History(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Negaunee Integrative Research Center/Field Museum of Natural History
• [Int'l Joint Research] School of Earth Sciences/University of Bristol(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: School of Earth Sciences/University of Bristol
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 8
• [Journal Article] Integrated phylogenomics and fossil data illuminate the evolution of beetles (2022)
  • Author(s): Cai, C., Tihelka, E., Giacomelli, M., Lawrence, J.F., Slipinski, A., Kundrata, R., Yamamoto, S., Thayer, M.K., Newton, A.F., Leschen, R.A.B., Gimmel, M.L., Lu, L., Engel, M.S., Bouchard, P., Huang, D., Pisani, D., Donoghue, P.C.J.
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 9 Pages: 211771
  • DOI: 10.1098/rsos.211771
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A second fossil species of the enigmatic rove beetle genus Charhyphus in Eocene Baltic amber, with implications on the morphology of the female genitalia (Coleoptera: Staphylinidae: Phloeocharinae) (2022)
  • Author(s): Yamamoto, S., Shavrin, A.V., Kairiss, K.
  • Journal Title: Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh Volume: － Pages: －
  • DOI: 10.1017/S1755691021000360
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for the evolution of eusociality in stem ants and a systematic revision of †Gerontoformica (Hymenoptera: Formicidae) (2022)
  • Author(s): Boudinot, B.E., Richter, A., Katzke, J., Chaul, J.C.M., Economo, E.P., Beutel, R.G., Yamamoto, S.
  • Journal Title: Zoological Journal of the Linnean Society Volume: － Pages: －
  • DOI: 10.1093/zoolinnean/zlab097
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of the smallest lace bug from mid-Cretaceous of northern Myanmar supports the hypothesis of a miniaturization phenomenon of insects in Kachin amber (Hemiptera: Heteroptera: Tingidae) (2021)
  • Author(s): Souma, J., Yamamoto, S., Takahashi, Y.
  • Journal Title: Taxonomy Volume: 1 Pages: 60-68
  • DOI: 10.3390/taxonomy1020007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New species of Paraodontomma from mid-Cretaceous Burmese amber with muscle tissue preservation (Coleoptera: Archostemata: Ommatidae) (2021)
  • Author(s): Li, Y.-D., Yamamoto, S., Huang, D.-Y., Cai, C.-Y.
  • Journal Title: Papeis Avulsos de Zoologia Volume: 61 Pages: e20216153
  • DOI: 10.11606/1807-0205/2021.61.53
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enigmatic tenebrionoid beetles from mid-Cretaceous Burmese amber (Coleoptera: Tenebrionoidea) (2021)
  • Author(s): Tihelka, E., Yamamoto, S., Huang, D., Cai, C.
  • Journal Title: Cretaceous Research Volume: 123 Pages: 104779
  • DOI: 10.1016/j.cretres.2021.104779
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A new species of the fossil lace bug genus Burmacader (Hemiptera: Heteroptera: Tingidae) from mid-Cretaceous Kachin amber of northern Myanmar, with implication of the male genital structures (2021)
  • Author(s): Souma, J., Yamamoto, S., Takahashi, Y.
  • Journal Title: Cretaceous Research Volume: 126 Pages: 104911
  • DOI: 10.1016/j.cretres.2021.104911
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First fossil trichophyine rove beetle from mid-Cretaceous amber of northern Myanmar (Coleoptera: Staphylinidae: Trichophyinae) (2021)
  • Author(s): Yamamoto, S., Newton, A.F.
  • Journal Title: Cretaceous Research Volume: 127 Pages: 104951
  • DOI: 10.1016/j.cretres.2021.104951
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The earliest fossil record of the suborder Psocomorpha (Insecta: Psocodea) from mid-Cretaceous Burmese amber, with description of a new genus and species (2021)
  • Author(s): Yoshizawa, K., Yamamoto, S.
  • Journal Title: Insecta matsumurana, new series Volume: 77 Pages: 1-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reconstructing the ecology of a Cretaceous cockroach: destructive and high-resolution imaging of its micro sensory organs (2021)
  • Author(s): Taniguchi, R., Nishino, H., Watanabe, H., Yamamoto, S., Iba, Y.
  • Journal Title: The Science of Nature Volume: 108 Pages: 45
  • DOI: 10.1007/s00114-021-01755-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The first fossil Coleoptera record from the Volyn Region, Ukraine, with description of a new Glesoconomorphus (Coleoptera, Mycteridae) in syninclusion with Winterschmidtiidae (Acari) and a key to species (2021)
  • Author(s): Telnov, D., Perkovsky, E.E., Vasilenko, D.V., Yamamoto, S.
  • Journal Title: ZooKeys Volume: 1068 Pages: 189-201
  • DOI: 10.3897/zookeys.1068.75391
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synopsis of the Japanese species of Aleocharinae (Coleoptera: Staphylinidae), with review of the type specimens II. Genus Myllaena Erichson of tribe Myllaenini, with redescription of four Japanese species (2021)
  • Author(s): Liu, T.-T., Nozaki, T., Yamamoto, S., Maruyama, M.
  • Journal Title: Zootaxa Volume: 5091 Pages: 373-382
  • DOI: 10.11646/zootaxa.5091.2.8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First fossil species of ship-timber beetles (Coleoptera, Lymexylidae) from Eocene Rovno amber (Ukraine) (2021)
  • Author(s): Yamamoto, S., Nazarenko, V.Y., Vasilenko, D.V., Perkovsky, E.E.
  • Journal Title: Fossil Record Volume: 25 Pages: 65-74
  • DOI: 10.3897/fr.25.81054
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A remarkable new thorny lacewing from mid-Cretaceous amber from northern Myanmar (Neuroptera: Rhachiberothidae) (2021)
  • Author(s): Nakamine, H., Yamamoto, S., Takahashi, Y., Li, H., Liu X.
  • Journal Title: PalZ Volume: － Pages: －
  • DOI: 10.1007/s12542-021-00589-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 2020年度若手奨励賞受賞講演「ハネカクシ上科甲虫を主とした体系学と古生物学」 (2021)
  • Author(s): 山本周平
  • Organizer: 第81回日本昆虫学会大会, 法政大学市ヶ谷キャンパス (東京都千代田区) (オンライン開催)
  • Invited
• [Presentation] 昆虫分類学に夢はあるか？ (2021)
  • Author(s): 山本周平
  • Organizer: 第81回日本昆虫学会大会シンポジウム「シンポジウム1 昆虫分類学の問題点 過去・現在・未来」, 法政大学市ヶ谷キャンパス (東京都千代田区) (オンライン開催)
  • Invited
• [Presentation] シリホソハネカクシ亜科の高次系統と分類の再編 (2021)
  • Author(s): 山本周平
  • Organizer: 第11回日本甲虫学会大会 (共催: 昆虫分類学若手懇談会・日本昆虫分類学会), 北海道大学札幌キャンパス (北海道札幌市) (オンライン開催)
• [Presentation] Unraveling the evolution of odorant receptor number across social and non-social Hymenoptera (2021)
  • Author(s): Gautam, S., McKenzie, S., Katzke, J., Yoshida, T., Hita Garcia, F., Yamamoto, S., Economo, E.P.
  • Organizer: In Symposium 16: Novel directions in understanding social (insect) evolution. The 2nd AsiaEvo Conference. Tokyo Metropolitan University, Tokyo, Japan (online)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A glimpse into Cretaceous ant cephalic anatomy - the head of †Gerontoformica from Burmese amber (Hymenoptera, Formicidae) (2021)
  • Author(s): Richter, A., Boudinot, B.E., Yamamoto, S., Katzke, J., Economo, E., Beutel, R.G.
  • Organizer: Oral presentation. Entomology 2021. ESA (Entomological Society of America)'s In-person & virtual Annual Meeting. Colorado Convention Center, Denver, CO, USA (online)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Integrated phylogenomics and fossil data resolve the evolution of beetles (2021)
  • Author(s): Cai, C.Y., Tihelka, E., Giacomelli, M., Lawrence, J.F., Slipinski, A., Yamamoto, S., Thayer, M.K., Newton, A.F., Leschen, R.A.B., Gimmel, M.L., Lu, L., Huang, D.Y., Pisani, D., Donoghue, P.C.J.
  • Organizer: 3rd Palaeontological Virtual Congress
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 研究者個人のwebsite
  • URL: https://yamamotoshuhei.jimdofree.com/
• [Remarks] 研究者のresearchmap
  • URL: https://researchmap.jp/yamashu1989/
• [Remarks] 研究者のResearchGate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Shuhei-Yamamoto-2
• [Remarks] 研究者のORCID
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-4162-8457