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  在巴西,生活着一群名叫“狐眼袖蝶”(Heliconius numata)的褐色蛱蝶科蝴蝶。别看衣着艳丽,它们的打扮全是在山寨当地苹绡蝶属(Melinaea)中的蛱蝶科亲戚——还不止一种!这些“山寨达人”模仿了七种苹绡蝶的翅膀图案,由此也给遗传学家们带来了诸多困惑。

  【多形态的狐眼袖蝶(Heliconius numata,下排)拟态了苹绡蝶属(Melinaea)中的不同原型(上排)。各种拟态的形态是由一个“超基因”的不同等位基因控制的,最左边的等位基因为隐性,越右边的显性程度越高。 Figure 1)】

山寨王是怎样炼成的

  这种山寨行为叫做穆氏拟态,这与蝴蝶们携带的生物武器有关。被模仿的苹绡蝶属蝴蝶幼虫主食茄科的植物,将其中有毒的吡咯双烷类生物碱收集在自身组织中,鸟儿很快就学到这种点心绝不会让它们愉快。不过狐眼袖蝶并非仅靠拟态不劳而获,它的幼虫通过取食西番莲科的植物储存了生氰糖苷,本身也有剧毒。两种毒物联手,使用相同的警示标示,意味着只需要更少的蝴蝶牺牲,就能使鸟儿记住教训。

  但是狐眼袖蝶如何在一个自由交配的种群内完美地模仿出七种不同的图案呢?每一种图案都受许多基因的调控,如果双亲的翅膀图案不一样,杂交时重组过程理应将这些基因洗牌,产生新的过渡图案。然而这些蝴蝶似乎锁死了其他所有的过渡型,只留下七种惟妙惟肖的山寨版本。如果这是一群人的话,你能想象他们的身高都遵从预定的规格,只能长成1米5、1米7或2米1吗?

  在最近一期《自然》中,巴黎国家自然历史博物馆的马修 乔朗(Mathieu Joron)领导的英法两国生物学家揭开了谜底。他们发现,狐眼袖蝶将与翅膀图案有关的18个基因锁定成一个“超基因”,并将它们作为一个整体遗传。研究者总共发现了3种不同的超基因,每一种都含有某些与正常序列方向相反的逆序DNA片段。可能正是大块的逆序片段阻碍了同源染色体的联会,从而避免了超基因内部发生重组。每种超基因内的基因排列顺序各不相同。乔朗博士推测可能还存在其它尚未发现的基因重排机制,最终产生七八种不同的拟态图案。

尚未解决的山寨谜团

  既然狐眼袖蝶和七种苹绡蝶都有毒性,为什么是狐眼袖蝶模仿苹绡蝶而不是反过来呢?乔朗博士说,苹绡蝶通常毒性更强,分布也更广,既然二者之中它们更强悍,也就难怪狐眼袖蝶愿意屈尊效仿了。

  【狐眼袖蝶Heliconius numata(左上)和被它山寨的美女苹绡蝶Melinaea mneme(右下)。图片来源:Nature 2011年9月8日刊封面】

  另一个演化上的谜团是,为什么这两类蝴蝶要用七种不同图案来表示它们不好惹呢?如果正品和赝品图案都趋向唯一一种,构成的威慑不是更强大吗?如果当地的鸟儿只需要记一种警示图案,蝴蝶也就不用把那么多生命资源耗费在教训鸟儿上了。

  乔朗博士说,原因之一是演化出的每一种图案都有足够的警示效果,因此自然选择选不出更强的威慑方案了。另一个可能的解释是,这些蝴蝶栖息在不同的微环境中,需要应对不同的捕食者,于是分别形成了不同的翅面图案以达到最好的警示效果。结果就成了现在的大杂烩,每一种图案都很难被取代。

  乔朗博士已经对这些蝴蝶进行了差不多15年的研究。最初他关注的是生态学,后来兴趣转移到了演化背后的遗传机制上。早先就有理论猜测狐眼袖蝶的拟态现象与超基因机制有关,当DNA测序结果证实这一点时,乔朗博士说:“简直美好到难以置信!”

[1] Joron,M., Frezal,L., Jones,R.T., Chamberlain,N.L., Lee,S.L., Haag,C.R., Whibley,A., Becuwe,M., Baxter,S.W., Ferguson,L., Wilkinson,P.A., Salazar,C., Davidson,C., Clark,R., Quail,M.A., Beasley,H., Glithero,R., Lloyd,C., Sims,S., Jones,M.C., Rogers,J., Jiggins,C.D.& ffrench-Constant,R.H. (2011).Chromosomal rearrangements maintain a polymorphic supergene controlling butterfly mimicry.Nature 477: 203–206

  本文编译自:A Supergene Paints Wings for Surviving Biological War

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channelId 1 1 “超基因”:山寨不容易,全是高科技! 1 在巴西,生活着一群名叫“狐眼袖蝶”(Heliconius numata)的褐色蛱蝶科蝴蝶。别看衣着艳丽,它们的打扮全是在山寨当地苹绡蝶属(Melinaea)中的蛱蝶科亲戚——还不止一种!这些“山寨达人”模仿了七种苹绡蝶的翅膀图案,由此也给遗传学家们带来了诸多困惑。