蝴蝶通過(guò)基因連接選擇看起來(lái)像它們的配偶

根據(jù)一項(xiàng)新的研究，雄性蝴蝶有一些基因，使它們對(duì)外表相似的伴侶有性取向。在2月7日發(fā)表在開(kāi)放獲取期刊《公共科學(xué)圖書(shū)館生物學(xué)》(PLOS Biology)上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自劍橋大學(xué)的一組學(xué)者與巴拿馬的史密森尼熱帶研究所合作，觀察了求偶儀式，并對(duì)近300只蝴蝶的DNA進(jìn)行了測(cè)序。有多少基因組對(duì)它們的交配行為負(fù)責(zé)？

這是歷史上最早研究蝴蝶行為的基因組研究之一。它揭示了進(jìn)化的秘密，幫助解釋新物種是如何形成的。科學(xué)家已經(jīng)對(duì)哥倫比亞安第斯山脈兩側(cè)的兩種不同種類(lèi)的螺旋蝴蝶進(jìn)行了測(cè)序。Heliconians進(jìn)化出了自己產(chǎn)生氰化物的能力，這使得它們具有很高的毒性，而且它們有明亮多彩的翅膀，可以作為潛在捕食者的警告。

劍橋大學(xué)的克里斯吉金斯教授是這篇論文的主要作者之一。他說(shuō)：“以前有很多關(guān)于在蝴蝶翅膀上尋找顏色圖案等基因的研究，但找到這種基因更難。構(gòu)成行為變化的基因。

“我們的發(fā)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單——基因組的三個(gè)區(qū)域解釋了它們的許多行為?；蚪M的一個(gè)小區(qū)域有一些非常大的影響?！?

雄性蝴蝶被引入兩個(gè)物種的雌性蝴蝶中，并根據(jù)它們?cè)诿總€(gè)物種中的性興趣水平進(jìn)行評(píng)分。科學(xué)家根據(jù)雄性求偶的分鐘數(shù)對(duì)每個(gè)療程進(jìn)行評(píng)分——通過(guò)不斷地四處游蕩或積極地追逐雌性。

與許多利用氣味化學(xué)信號(hào)來(lái)識(shí)別配偶的蝴蝶不同，Heliconians利用它們的遠(yuǎn)距離視覺(jué)來(lái)定位雌性，這就是為什么每個(gè)物種都有明顯的翅膀痕跡的重要性。

當(dāng)兩個(gè)物種之間的雜交被引入時(shí)，雄性最常表現(xiàn)出對(duì)與自己標(biāo)記相似的配偶的偏好。研究表明，控制翅膀顏色的基因組相同區(qū)域負(fù)責(zé)決定這些相同翅膀模式的性偏好。

慕尼黑路德維希馬克西米利安大學(xué)的論文作者之一理查德梅里爾博士說(shuō)：“這解釋了為什么雜交蝴蝶如此罕見(jiàn)——它們對(duì)相似的伴侶有強(qiáng)烈的遺傳偏好，這主要是通過(guò)減少與其他物種的混合來(lái)防止物種之間的這種遺傳結(jié)構(gòu)促進(jìn)新物種的長(zhǎng)期進(jìn)化?！?

本文是PLOS Biology聯(lián)合發(fā)表的兩篇論文之一。第二項(xiàng)研究調(diào)查了包括配偶偏好在內(nèi)的因素如何阻止同一物種蝴蝶之間的基因混合。他們發(fā)現(xiàn)，盡管雜交蝴蝶很罕見(jiàn)——因?yàn)樗鼈儾幌氡舜私慌洹鼈兺ㄟ^(guò)雜交在物種間分享了驚人數(shù)量的脫氧核糖核酸。這些蝴蝶物種的數(shù)量是尼安德特人和人類(lèi)的十倍。

愛(ài)丁堡大學(xué)第二篇論文的作者之一西蒙馬丁博士解釋說(shuō)：“一百多年來(lái)，一代人中極少數(shù)的混血兒足以顯著重塑這些蝴蝶的基因組?！?

盡管有這種基因混合，但這兩個(gè)物種獨(dú)特的外觀和行為保持完整，沒(méi)有混合。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因組中有許多區(qū)域定義了每個(gè)物種，這些區(qū)域通過(guò)自然選擇來(lái)維持，從而消除了外來(lái)基因。特別是，基因組中定義蝴蝶性別的部分受到保護(hù)，不會(huì)發(fā)生種間交配。

就像控制交配行為的遺傳學(xué)一樣，這些基因使每種蝴蝶保持其獨(dú)特性，并有助于確保物種的長(zhǎng)期生存。

但是這些發(fā)現(xiàn)能被翻譯成包括人類(lèi)在內(nèi)的其他物種嗎？吉金斯教授說(shuō)：“就行為而言，人類(lèi)在學(xué)習(xí)和文化變化方面是獨(dú)一無(wú)二的，但我們的行為也受到我們基因的影響。對(duì)蝴蝶等簡(jiǎn)單生物的研究可以揭示我們自己的行為是如何進(jìn)化的。我們?cè)诤g看到的一些基因共享模式也記錄在人類(lèi)和尼安德特人的基因組對(duì)比中，所以我們自身的進(jìn)化之間還有另一種聯(lián)系?！?

“接下來(lái)，我們想知道新的行為是如何產(chǎn)生的，改變行為需要什么樣的基因改變。我們已經(jīng)知道，你可以通過(guò)編輯基因來(lái)制作不同的翅膀圖案。這些研究表明，潛在的新行為可能來(lái)自不同基因的結(jié)合?！?

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