蝴蝶通過基因連接選擇看起來像它們的配偶

根據(jù)一項新的研究，雄性蝴蝶有一些基因，使它們對外表相似的伴侶有性取向。在2月7日發(fā)表在開放獲取期刊《公共科學圖書館生物學》(PLOS Biology)上的一項研究中，來自劍橋大學的一組學者與巴拿馬的史密森尼熱帶研究所合作，觀察了求偶儀式，并對近300只蝴蝶的DNA進行了測序。有多少基因組對它們的交配行為負責？

這是歷史上最早研究蝴蝶行為的基因組研究之一。它揭示了進化的秘密，幫助解釋新物種是如何形成的。科學家已經(jīng)對哥倫比亞安第斯山脈兩側(cè)的兩種不同種類的螺旋蝴蝶進行了測序。Heliconians進化出了自己產(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。

劍橋大學的克里斯吉金斯教授是這篇論文的主要作者之一。他說：“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)非常簡單——基因組的三個區(qū)域解釋了它們的許多行為。基因組的一個小區(qū)域有一些非常大的影響。”

雄性蝴蝶被引入兩個物種的雌性蝴蝶中，并根據(jù)它們在每個物種中的性興趣水平進行評分?？茖W家根據(jù)雄性求偶的分鐘數(shù)對每個療程進行評分——通過不斷地四處游蕩或積極地追逐雌性。

與許多利用氣味化學信號來識別配偶的蝴蝶不同，Heliconians利用它們的遠距離視覺來定位雌性，這就是為什么每個物種都有明顯的翅膀痕跡的重要性。

當兩個物種之間的雜交被引入時，雄性最常表現(xiàn)出對與自己標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)域負責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的論文作者之一理查德梅里爾博士說：“這解釋了為什么雜交蝴蝶如此罕見——它們對相似的伴侶有強烈的遺傳偏好，這主要是通過減少與其他物種的混合來防止物種之間的這種遺傳結(jié)構(gòu)促進新物種的長期進化?！?

本文是PLOS Biology聯(lián)合發(fā)表的兩篇論文之一。第二項研究調(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——因為它們不想彼此交配——但它們通過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的十倍。

愛丁堡大學第二篇論文的作者之一西蒙馬丁博士解釋說：“一百多年來，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，但這兩個物種獨特的外觀和行為保持完整，沒有混合。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因組中有許多區(qū)域定義了每個物種，這些區(qū)域通過自然選擇來維持，從而消除了外來基因。特別是，基因組中定義蝴蝶性別的部分受到保護，不會發(fā)生種間交配。

就像控制交配行為的遺傳學一樣，這些基因使每種蝴蝶保持其獨特性，并有助于確保物種的長期生存。

但是這些發(fā)現(xiàn)能被翻譯成包括人類在內(nèi)的其他物種嗎？吉金斯教授說：“就行為而言，人類在學習和文化變化方面是獨一無二的，但我們的行為也受到我們基因的影響。對蝴蝶等簡單生物的研究可以揭示我們自己的行為是如何進化的。我們在蝴蝶之間看到的一些基因共享模式也記錄在人類和尼安德特人的基因組對比中，所以我們自身的進化之間還有另一種聯(lián)系。”

“接下來，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，你可以通過編輯基因來制作不同的翅膀圖案。這些研究表明，潛在的新行為可能來自不同基因的結(jié)合?！?

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