Most subterranean animals are assumed to have evolved from surface ancestors following colonization of a cave system; however, very few studies have raised the possibility of “subterranean speciation” in underground habitats (i.e., obligate cave‐dwelling organisms [troglobionts] descended from troglobiotic ancestors). Numerous endemic subterranean diving beetle species from spatially discrete calcrete aquifers in Western Australia (stygobionts) have evolved independently from surface ancestors; however, several cases of sympatric sister species raise the possibility of subterranean speciation. We tested this hypothesis using vision (phototransduction) genes that are evolving under neutral processes in subterranean species and purifying selection in surface species. Using sequence data from 32 subterranean and five surface species in the genus Paroster (Dytiscidae), we identified deleterious mutations in long wavelength opsin (lwop), arrestin 1 (arr1), and arrestin 2 (arr2) shared by a sympatric sister‐species triplet, arr1 shared by a sympatric sister‐species pair, and lwop and arr2 shared among closely related species in adjacent calcrete aquifers. In all cases, a common ancestor possessed the function‐altering mutations, implying they were already adapted to aphotic environments. Our study represents one of the first confirmed cases of subterranean speciation in cave insects. The assessment of genes undergoing pseudogenization provides a novel way of testing modes of speciation and the history of diversification in blind cave animals.

中文翻译：

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来自地下群岛的潜水甲虫（Dytiscidae）地下物种形成的证据

大多数地下动物被认为是在洞穴系统定居后从地表祖先进化而来的。然而，很少有研究提出地下栖息地“地下物种形成”的可能性（即，从穴居生物祖先进化而来的专性洞穴生物 [troglobionts]）。来自西澳大利亚空间离散的钙质含水层（stygobionts）的许多地方性地下潜水甲虫物种独立于地表祖先进化；然而，一些同域姐妹物种的案例增加了地下物种形成的可能性。我们使用视觉（光转导）基因测试了这一假设，这些基因在地下物种的中性过程中进化，并在地表物种中净化选择。使用来自 Paroster 属（Dytiscidae）的 32 个地下物种和 5 个地表物种的序列数据，我们确定了同域姐妹物种三联体共享的长波视蛋白 (lwop)、抑制蛋白 1 (arr1) 和抑制蛋白 2 (arr2) 中的有害突变, arr1 由同域姐妹物种对共享，而 lwop 和 arr2 在相邻钙质含水层中密切相关的物种之间共享。在所有情况下，一个共同的祖先都拥有改变功能的突变，这意味着它们已经适应了无光环境。我们的研究代表了洞穴昆虫地下物种形成的首批确诊病例之一。对经历假基因化的基因的评估提供了一种测试盲洞动物物种形成模式和多样化历史的新方法。我们确定了同域姐妹物种三联体共享的长波视蛋白 (lwop)、抑制蛋白 1 (arr1) 和抑制蛋白 2 (arr2) 中的有害突变，同域姐妹物种对共享的 arr1 以及 lwop 和 arr2 在密切共享相邻钙质含水层中的相关物种。在所有情况下，一个共同的祖先都拥有改变功能的突变，这意味着它们已经适应了无光环境。我们的研究代表了洞穴昆虫地下物种形成的首批确诊病例之一。对经历假基因化的基因的评估提供了一种测试盲洞动物物种形成模式和多样化历史的新方法。我们确定了同域姐妹物种三联体共享的长波视蛋白 (lwop)、抑制蛋白 1 (arr1) 和抑制蛋白 2 (arr2) 中的有害突变，同域姐妹物种对共享的 arr1 以及 lwop 和 arr2 在密切共享相邻钙质含水层中的相关物种。在所有情况下，一个共同的祖先都拥有改变功能的突变，这意味着它们已经适应了无光环境。我们的研究代表了洞穴昆虫地下物种形成的首批确诊病例之一。对经历假基因化的基因的评估提供了一种测试盲洞动物物种形成模式和多样化历史的新方法。和 lwop 和 arr2 在相邻钙质含水层中密切相关的物种之间共享。在所有情况下，一个共同的祖先都拥有改变功能的突变，这意味着它们已经适应了无光环境。我们的研究代表了洞穴昆虫地下物种形成的首批确诊病例之一。对经历假基因化的基因的评估提供了一种测试盲洞动物物种形成模式和多样化历史的新方法。和 lwop 和 arr2 在相邻钙质含水层中密切相关的物种之间共享。在所有情况下，一个共同的祖先都拥有改变功能的突变，这意味着它们已经适应了无光环境。我们的研究代表了洞穴昆虫地下物种形成的首批确诊病例之一。对经历假基因化的基因的评估提供了一种测试盲洞动物物种形成模式和多样化历史的新方法。