Beetles represent almost one-fourth of all described species, and knowledge about their relationships and evolution adds to our understanding of biodiversity. We performed a comprehensive phylogenetic analysis of Coleoptera inferred from three genes and nearly 1900 species, representing more than 80% of the world's recognized beetle families. We defined basal relationships in the Polyphaga supergroup, which contains over 300,000 species, and established five families as the earliest branching lineages. By dating the phylogeny, we found that the success of beetles is explained neither by exceptional net diversification rates nor by a predominant role of herbivory and the Cretaceous rise of angiosperms. Instead, the pre-Cretaceous origin of more than 100 present-day lineages suggests that beetle species richness is due to high survival of lineages and sustained diversification in a variety of niches.

Eight years after DNA barcoding was formally proposed on a large scale, CO1 sequences are rapidly accumulating from around the world. While studies to date have mostly targeted local or regional species assemblages, the recent launch of the global iBOL project (International Barcode of Life), highlights the need to understand the effects of geographical scale on Barcoding's goals. Sampling has been central in the debate on DNA Barcoding, but the effect of the geographical scale of sampling has not yet been thoroughly and explicitly tested with empirical data. Here, we present a CO1 data set of aquatic predaceous diving beetles of the tribe Agabini, sampled throughout Europe, and use it to investigate how the geographic scale of sampling affects 1) the estimated intraspecific variation of species, 2) the genetic distance to the most closely related heterospecific, 3) the ratio of intraspecific and interspecific variation, 4) the frequency of taxonomically recognized species found to be monophyletic, and 5) query identification performance based on 6 different species assignment methods. Intraspecific variation was significantly correlated with the geographical scale of sampling (R-square = 0.7), and more than half of the species with 10 or more sampled individuals (N = 29) showed higher intraspecific variation than 1% sequence divergence. In contrast, the distance to the closest heterospecific showed a significant decrease with increasing geographical scale of sampling. The average genetic distance dropped from > 7% for samples within 1 km, to < 3.5% for samples up to > 6000 km apart. Over a third of the species were not monophyletic, and the proportion increased through locally, nationally, regionally, and continentally restricted subsets of the data. The success of identifying queries decreased with increasing spatial scale of sampling; liberal methods declined from 100% to around 90%, whereas strict methods dropped to below 50% at continental scales. The proportion of query identifications considered uncertain (more than one species < 1% distance from query) escalated from zero at local, to 50% at continental scale. Finally, by resampling the most widely sampled species we show that even if samples are collected to maximize the geographical coverage, up to 70 individuals are required to sample 95% of intraspecific variation. The results show that the geographical scale of sampling has a critical impact on the global application of DNA barcoding. Scale-effects result from the relative importance of different processes determining the composition of regional species assemblages (dispersal and ecological assembly) and global clades (demography, speciation, and extinction). The incorporation of geographical information, where available, will be required to obtain identification rates at global scales equivalent to those in regional barcoding studies. Our result hence provides an impetus for both smarter barcoding tools and sprouting national barcoding initiatives—smaller geographical scales deliver higher accuracy.

In this paper we test whether the morphology and life traits of species (in our case ground beetles of the family Carabidae) can be related to the main underlying axes of environmental variability of their habitats. Sites were selected a priori to maximize two gradients: land use as a general measure of disturbance characterized by an index of land management, and habitat adversity or stress as characterized by elevation and vegetation structure. The underlying environmental axes and the relationships of the morphology and life traits of the species with them were investigated using RLQ analysis, a multivariate ordination method able to relate a species trait table to a site characteristics table by way of a species abundance table. The first environmental axis was highly statistically significant and explained most of the variability. It was strongly negatively related to the intensity of land management, and positively related to increasing elevation and a set of variables reflecting vegetation stress. Two predictions were tested and found to be valid in the studied system: in highly managed lowland sites species were smaller, and the frequency of macropterous species (with better dispersal abilities) was higher. Other traits also showed significant relationships with the main environmental axis: in the intensively managed lowland sites species had broader bodies, longer trochanters, and wider femora (characters associated with plant eaters), were paler in color, overwintered only as adults, bred in spring or autumn, and were active in summer. We conclude that the ground beetle assemblages of the studied sites respond in a similar way to the same underlying environmental factors. This allows the precise definition of functional groups, which can be used to characterize functional diversity and its relationships with changes in land management.

ABSTRACT Chemical cues in subterranean habitats differ highly from those on the surface due to the contrasting environmental conditions, such as absolute darkness, high humidity or food scarcity. Subterranean animals underwent changes to their sensory systems to facilitate the perception of essential stimuli for underground lifestyles. Despite representing unique systems to understand biological adaptation, the genomic basis of chemosensation across cave-dwelling species remains unexplored from a macroevolutionary perspective. Here, we explore the evolution of chemoreception in three beetle tribes that underwent at least six independent transitions to the underground through a phylogenomics spyglass. Our findings suggest that the chemosensory gene repertoire varies dramatically between species. Overall, no parallel changes in the net rate of evolution of chemosensory gene families were detected prior, during, or after the habitat shift among subterranean lineages. Contrarily, we found evidence of lineage-specific changes within surface and subterranean lineages. Our results reveal key duplications and losses shared between some of the lineages transitioning to the underground, including the loss of sugar receptors and gene duplications of the highly conserved ionotropic receptors IR25a and IR8a, involved in thermal and humidity sensing among other olfactory roles in insects. These duplications were detected both in independent subterranean lineages and their surface relatives, suggesting parallel evolution of these genes across lineages giving rise to cave-dwelling species. Overall, our results shed light on the genomic basis of chemoreception in subterranean beetles and contribute to deepen our understanding of the genomic underpinnings of adaptation to the subterranean lifestyle at a macroevolutionary scale.

ABSTRACT The chemosensory system has experienced relevant changes in subterranean animals, facilitating the orientation into darkness via the perception of specific chemical signals critical to survive in this particular environment. However, the genomic basis of chemoreception in cave-dwelling fauna is largely unexplored. We generated de novo transcriptomes for antennae and body samples of the troglobitic beetle Speonomus longicornis (whose characters suggest an extreme adaptation to the deep subterranean) in order to interrogate the evolutionary origin and diversification of the chemosensory gene repertoire across coleopterans through a phylogenomic approach. Our results suggested a diminished diversity of odorant and gustatory gene repertoires compared to polyphagous epigean beetles. Moreover, S. longicornis showed a large diversity of odorant-binding proteins, suggesting an important role of these proteins in capturing airborne chemical cues. We identified a gene duplication in the ionotropic co-receptor I R25a, a highly conserved single-copy gene in protostomes involved in thermal and humidity sensing. In addition, no homologous genes to sugar receptors or the ionotropic receptor IR41a were detected. Our findings suggest that the chemosensory gene repertoire of this cave beetle may have been reshaped by the low complexity of chemical signals of this particular environment, and that gene duplication and loss may have played an important role in the evolution of genes involved in chemoreception. Altogether, our results shed light on the genomic basis of chemoreception in a cave-dwelling invertebrate and pave the road towards understanding the genomic underpinnings of adaptation to the subterranean lifestyle at a deeper level.

Cave-dwelling ectotherms, which have evolved for millions of years under stable thermal conditions, could be expected to have adjusted their physiological limits to the narrow range of temperatures they experience and be highly vulnerable to global warming. However, the few existing studies on thermal physiology in subterranean invertebrates point that they have lost some of the thermoregulatory mechanisms common in surface species, but there is a lack of evolutionary adjustment to ambient temperature. The question remains whether this surprising homogeneous thermal niche is common for the whole subterranean biodiversity or just a peculiarity of the species tested. In order to test for the generality of such previous findings, we studied basal heat tolerance and thermal plasticity in four species of distant arthropod groups (Coleoptera, Diplopoda and Collembola) with different evolutionary histories but under similar selection pressures, as they have been exposed to the same constant environmental conditions for a long time (inhabiting the same cave). Adult specimens were exposed at different temperatures for one week to determine upper lethal temperatures. Then, surviving individuals from each treatment were exposed to a fixed stressful temperature to determine acclimation capacity. Upper lethal temperatures were similar to those reported for other subterranean species (between 20-25ºC), except from that of the diplopod (28ºC), widely exceeding the cave temperature (13-14ºC). Acclimation responses differed from a positive acclimation response in two of the species to no acclimation capacity or detrimental acclimation effects in the others. Our results show that thermal niche features are not as homogeneous as expected across the subterranean fauna and unrelated to ambient conditions. We show that some species, likely those that colonized subterranean environments more recently, still retain thermoregulation capacity to face temperature changes. Thus, subterranean species, even those living under similar climatic conditions, might be very differently affected by global warming.

The tribe Leptodirini of the beetle family Leiodidae is one of the most diverse radiations of subterranean animals, with a distribution centered north of the Mediterranean basin from the Iberian Peninsula to Iran. It currently comprises some 1340 species and subspecies in around 250 genera and subgenera. We present a molecular phylogeny of the tribe, and subsequently a revision of their taxonomy taking into account our phylogenetic results. We investigated and established the phylogenetic relationships of 558 species using a combination of fragments of four mitochondrial (two fragments of COI, 16s and cytochrome b) as well as two nuclear (18s and 28s) genes, analysed using maximum likelihood methods. In agreement with the results of the phylogenetic analysis we establish the following synonymies: Leptodirini Lacordaire, 1854 [1849] = Bathysciae Horn, 1880 syn. nov. = Pholeuones Reitter, 1886 syn. nov. = Anthroherpona Jeannel, 1910 syn. nov. = Bathysciotina V.B. Guéorguiev, 1974 syn. nov. = Spelaeobatina V.B. Guéorguiev, 1974 syn. nov. We divided the tribe Leptodirini into three subtribes, two of them monogeneric, Platycholeina and Adelopsellina subtr. nov., and a third one including all of the other Leptodirini, the Leptodirina sensu novo. We further informally divide Leptodirina sensu novo into several monophyletic «series», the most of them strongly supported by the phylogeny, as well as geographically well-defined and morphologically coherent. 20 new genera and one subgenera are established: Ariejasia gen. nov. (type species Speonomus carrerei Fourès, 1954), Casalella gen. nov. (type species Adelops meridionalis Jacquelin du Val, 1854), Catalaniana gen. nov. (type species Bathysciola zariquieyi Bolívar, 1919), Dupreia gen. nov. (type species Euryspeonomus beruetei Dupré, 1991), Galliana gen. nov. (type species Adelops linderi Abeille de Perrin, 1875), Georgiana gen. nov. (type species Bathysciola suramensis Jeannel, 1930), Hypogesia gen. nov. (type species Speocharis minos Jeannel, 1909), Lakedemoniana gen. nov. (type species Lakedemoniana mizerakisi sp. nov.), Luquesia gen. nov. (type species Quaestus pasensis Salgado, Labrada & Luque, 2010), Latellana gen. nov. (type species Bathysciola fortesculpta Jeannel, 1914), Nanobathysciola gen. nov. (type species Bathyscia ovata Kiesenwetter, 1850), Perreauia gen. nov. (type species Perreauia dalmatica sp. nov.), Pyrenaeola gen. nov. (type species Adelops lapidicola Saulcy, 1872), Pyrenaeola (Garunnia) subgen. nov. (type species Bathyscia larcennei Abeille de Perrin, 1883), Schaufussia gen. nov. (type species Speocharis pachecoi Bolívar, 1915), Serbiana gen. nov. (type species Serbiana latitarsis sp. nov.), Uhagoniella gen. nov. (type species Speocharis zariquieyi Jeannel, 1924), Valdesiella gen. nov. (type species Dellabeffaella olmii Casale, 1980), Vallespirana gen. nov. (type species Adelops grenieri Saulcy, 1872), Vanderberghia gen. nov. (type species Adelops speluncarum Delarouzée, 1857) and Zoiana gen. nov. (type species Phaneropella (Hittitia) kociani Švec, 2016). We describe 29 new species: Aphaobius gorenjskanus sp. nov., Aphaobius luckae sp. nov., Archeoboldoria martinottii sp. nov., Bathyscidius crnagorensis sp. nov., Bathysciola balestrae sp. nov., Bathysciola chestai sp. nov., Bathysciola lanai sp. nov., Bathysciola oliveroi sp. nov., Batinoscelis degiovannii sp. nov., Batinoscelis onnisi sp. nov., Catopsinus rudoyi sp. nov., Lakedemoniana mizerakisi sp. nov., Latellana benellii sp. nov., Latellana degiovannii sp. nov., Latellana magrinii sp. nov., Latellana petruzziellana sp. nov., Latellana petruzzielloi sp. nov., Nafarroa ericduprei sp. nov., Paratroglophyes juberthiei sp. nov., Perreauia dalmatica sp. nov., Proleonhardella epimikes sp. nov., Salfia angelinii sp. nov., Salfia laudis sp. nov., Schaufussia sinuatipenis sp. nov., Serbiana latitarsis sp. nov., Tamaniniella pivai sp. nov., Troglocharinus bellesi sp. nov., Troglocharinus rizzoae sp. nov. and Vanderberghia corbazi sp. nov. We establish the generic synonymies: Espanoliella V.B. Guéorguiev, 1976 = Samanolla Salgado, 2000 syn. nov. (type species Speocharis oxypterus Bolívar, 1917); Ovobathysciola Jeannel, 1924 = Patriziella Jeannel, 1956 syn. nov. (type species Patriziella sardoa Jeannel, 1956) = Sardostygia Casale, 2019 syn. nov. (type species Sardostygia cogonii Casale, 2019); Quaestus Schaufuss, 1861 = Oresigenus Jeannel, 1948 syn. nov. (type species Oresigenus jaspei Jeannel, 1948) = Speogeus Salgado, 1985 syn. nov. (type species Speocharis avicularis Salgado, 1985) = Asturianella Salgado & Fresneda, 2004 syn. nov. (type species Quaestus incognitus Salgado & Fresneda, 2004); Speonomus Jeannel, 1908 = Metaspeonomus Coiffait, 1959 syn. nov. (type species Speonomus monticola Coiffait, 1959); Bathysciella Jeannel, 1906 = Phacomorphus Jeannel, 1908 syn. nov. (type species Bathyscia Mascarauxi Sainte Claire Deville, 1905) = Phacomorphoides Dupré, 1996 syn. nov. (type species Bathyscia alexinae Jeannel, 1906); Magdelainella Jeannel, 1924 = Kosaniniella S. Ćurčić, Brajković & B. Ćurčić, 2004 syn. nov. (type species Kosaniniella javorensis S. Ćurčić, Brajković & B. Ćurčić in S. Ćurčić et al., 2004); Proleonhardella Jeannel, 1910 = Bozidaria S. Ćurčić & Pavićević in S. Ćurčić et al., 2021 syn. nov. (type species Bozidaria serboocidentalis S. Ćurčić & Pavićević in S. Ćurčić et al., 2021), = Serboleonhardella S. Ćurčić & Schönmann in S. Ćurčić et al., 2008 syn. nov. (type species Proleonhardella remyi Jeannel, 1934); Rozajella S. Ćurčić, Brajković & B. Ćurčić, 2007 in S. Ćurčić et al., 2007 = Nonveilleriella Perreau & Pavićević, 2008 syn. nov. (type species Nonveilleriella ognjenovici Perreau & Pavićević, 2008). Six subgenera are elevated to the rank of genus: Amphogeus Salgado, 2000 stat. nov. (type species Bathyscia cantabrica Uhagón, 1881); Hittitia Casale, Giachino, Vailati & Rampini, 1991 stat. nov. (type species Bathyscia (Bathyscia) turcica Reitter, 1885); Ochsiella Jeannel, 1947 stat. nov. (type species Bathyscia Bucheti Abeille de Perrin, 1905); Salfia Tamanini, 1955 stat. nov. (type species Bathysciola (Salfia) ruffoi Tamanini, 1955); Uludagites Casale, Giachino, Vailati & Rampini, 1991 stat. nov. (type species Phaneropella (Uludagites) minuta Casale, Giachino, Vailati & Rampini, 1991) and Cernella Jeannel, 1930 stat. nov. (type species Bathyscia (Sophrochaeta) reitteri Frivaldsky, 1884). Bathyscia schiodtei Kiesenwetter, 1850 = Hoffmannia biokovensis Knirsch, 1928 syn. nov. Zariquieyella Jeannel, 1929 is substitute name for Hoffmannia Knirsch, 1928 nom. praeocc. The name Zariquieyella applies to the genus for the species of the Bathysciola schiodtei group. A lectotype is designated for Adelops lapidicola Saulcy, 1872. 164 new combinations for species and subspecies are proposed. Close relationships between Coreobathyscia and Proleptodirina with Leptodirini are refuted, with the former genus appearing more closely related to Cholevini and the latter to Ptomaphagini.