蝴蝶通过基因连接选择和自己长得一模一样的伴侣

根据一项新的研究，雄性蝴蝶有一些基因，使它们能够对外表相似的伴侣有性取向。在2月7日发表在开放存取期刊《公共科学图书馆生物学》上的一项研究中，一组来自剑桥大学的学者与巴拿马史密森尼热带研究所合作，观察了求偶仪式，并对近300只蝴蝶的DNA进行了测序。有多少基因组负责它们的交配行为？

这是首次研究蝴蝶行为的基因组研究之一。它解开了进化的秘密，帮助解释新物种是如何形成的。科学家们已经对哥伦比亚安第斯山脉两侧的两种不同种类的Heliconius蝴蝶进行了测序。Heliconians已经进化到可以产生自己的氰化物，这使它们具有很高的毒性，它们有明亮多彩的翅膀，可以作为对潜在捕食者的警告。

论文的主要作者之一、剑桥大学的克里斯吉金斯(Chris Jiggins)教授说：“之前已经有很多寻找蝴蝶翅膀上颜色图案等基因的研究，但寻找这种基因的难度更大。构成行为变化的基因。

“我们发现的结果非常简单——基因组的三个区域解释了它们的许多行为。基因组的一个小区域会产生非常大的影响。”

将雄性蝴蝶引入两个物种的雌性蝴蝶中，并根据它们对每个物种的性兴趣水平进行评分。科学家们根据雄性求爱的时间对每个疗程进行评分——表现为不断靠近雌性或主动追逐雌性。

与许多蝴蝶使用气味化学信号来识别配偶不同，Heliconians使用它们的远距离视觉来定位雌性，这就是为什么每个物种都有明显的翅膀标记是重要的。

当引入两个物种的杂交后代时，雄性通常会表现出对与自己有相似标记的配偶的偏爱。研究表明，基因组中控制翅膀颜色的相同区域负责决定对这些相同翅膀图案的性偏好。

慕尼黑路德维希马克西米利安大学的论文作者之一理查德梅里尔博士说：“这解释了为什么杂交蝴蝶如此罕见——对相似的伴侣有强烈的遗传偏好，这主要是通过减少与其他物种的混合来阻止物种之间的这种遗传结构促进新物种的长期进化。”

这篇论文是PLOS Biology联合发表的两篇论文之一；第二项研究调查了包括择偶偏好在内的因素是如何阻止同一蝴蝶物种之间的基因混合的。他们发现，尽管杂交蝴蝶很罕见——因为它们不想彼此交配——但它们通过杂交在物种之间共享数量惊人的DNA。这些蝴蝶种类比尼安德特人和人类之间的种类多十倍。

来自爱丁堡大学的第二篇论文的作者之一西蒙马丁博士解释说：“一百多年来，一代人中极少量的杂交就足以显著重塑这些蝴蝶的基因组。”

尽管有这种基因混合，但两个物种独特的外貌和行为保持完整，没有混合。研究人员发现，基因组中有许多区域定义了每个物种，这些区域由自然选择维持，从而消除了外来基因。特别是，定义蝴蝶性别的基因组部分受到保护，不会发生种间交配。

就像控制交配行为的遗传基因一样，这些基因使每种蝴蝶都能保持其独特性，并有助于确保该物种的长期生存。

但是这些发现可以被应用到其他物种，包括人类吗？吉金斯教授说：“就行为而言，人类在学习和文化变迁方面的独特性是独一无二的，但我们的行为也受到我们基因的影响。对蝴蝶等简单生物的研究可以揭示我们自己的行为是如何进化的。我们在蝴蝶中看到的一些基因共享模式也记录在人类和尼安德特人的基因组比较中，因此我们自己的进化之间还有另一种联系。”

“接下来我们想知道新的行为是如何产生的，改变行为需要什么样的基因变化。我们已经知道，你可以通过编辑基因来制作不同的翅膀图案。这些研究表明，潜在的新行为可能来自不同基因的结合。”

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