雌性燕尾蝶做了許多蝴蝶做生存的事情：它們模仿對捕食者有毒的其他物種的翅膀圖案，形狀和顏色。一些 - 但不是全部 - 燕尾物種已經進化出了這種特性的幾種不同形式。但是什么樣的遺傳變化導致了這些不同的偽裝，為什么當模仿提供明顯的進化優(yōu)勢時，一些物種會保持一種不加掩飾的形式呢?

本周在自然通訊雜志發(fā)表的一項新研究中，芝加哥大學的科學家們分析了一組燕尾種的遺傳數(shù)據(jù)，以了解模仿的時間和方式，以及從那以后推動這些變化的因素。這是一個大約在兩百萬年前開始的故事，但不是穩(wěn)定的，漸進的變化，一次機會遺傳轉換幫助創(chuàng)造了第一個燕尾模仿。從那時起它就一直存在。

“在具有單色圖案的蝴蝶中，我們在染色體上有一個正常方向的基因。在具有不尋常的交替顏色模式的蝴蝶中，該基因被拼接，翻轉，然后在某些時候拼接回染色體， “來自UChicago的生態(tài)學和進化學副教授，該研究的資深作者Marcus Kronforst博士說。

“如果這兩種不同的蝴蝶交配，這種翻轉或倒置會使這兩個基因保持重組，因此它們在進化時間內保留了基因的兩個拷貝，因為它們在兩百萬年前從它們的共同祖先中分離出來，”Kronforst說過。

很長一段時間，科學家認為蝴蝶模仿是由“超基因”控制的，這些基因是幾個緊密相連的基因，它們總是作為一個群體繼承。在2014年的一項研究中，Kronforst和他的同事們展示了一個似乎是超基因的實際上是一個名為doublesex的基因，它控制著我們在雌性燕尾中看到的不同顏色模式和形狀。

doublesex基因因其在區(qū)分性別中的作用而聞名，但在女性中，倒置或翻轉版本也決定了翼型。它仍然可以被認為是一個超基因，因為它控制著整個復雜的機翼圖案化過程，但在這種情況下，它只是單個基因。

在由博士后研究員Wei Zhang博士領導的新研究中，研究小組分析了Papilio polytes，亞洲燕尾蝶和幾個相似物種的全基因組序列數(shù)據(jù)，看看它們是如何相互關聯(lián)的，以及它們的副本如何doublesex比較。利用這些數(shù)據(jù)，該團隊比較了模仿起源的一些替代解釋，并確定了長期保持不同形態(tài)模仿的關鍵因素。

P. polytes組最密切相關的物種，稱為Papilio protenor，從印度傳播到整個亞洲大陸，并沒有發(fā)展模仿 - 男性和女性看起來都很相似。從大陸傳播到菲律賓和印度尼西亞島嶼的其他物種發(fā)展出三種或四種不同的形式，這種特征稱為多態(tài)性。還有其他燕尾種進一步蔓延到巴布亞新幾內亞和澳大利亞東北海岸，但這些雌性只展示了一種偽裝的翅膀圖案。

研究人員將他們在基因組序列數(shù)據(jù)中看到的模式與這些模仿模式隨時間和地理發(fā)展的可能解釋進行了比較。模仿是否在不同時間點在不同物種中獨立進化?它是在一個物種中進化，然后通過雜交或雜交傳播的嗎?

似乎模仿實際上只有一個古老的起源，當doublesex基因在200萬年前翻轉時。從最初的倒置開始，張和Kronforst確實看到了所謂的平衡選擇的跡象。當一種蝴蝶變得更加普遍時，掠食者意識到它們沒有毒性并開始以它們?yōu)槭?。這減少了特定蝴蝶的數(shù)量，直到另一個變得更常見，等等。最終，此過程會平衡并保留每個表單的相對數(shù)量。

他們還看到一些蝴蝶種群數(shù)百萬年來一直保持著多種雌性形態(tài)，而另一些則失去了原始的，不加掩飾的形式。從歷史上看，最小的群體 - 例如傳播到澳大利亞最遠的群體 - 失去了多態(tài)性，允許隨機遺傳漂移和自然選擇來清除原始形式。

研究人員還研究了隨著時間推移保持多態(tài)性的因素。一個原因可能是性選擇，男性喜歡某些女性顏色模式而不是另一個。之前關于交配行為的研究并未支持這一想法。另一種可能性是“隱秘”，或者說未加掩飾的女性比模仿者更好地融入自然環(huán)境。Kronforst和團隊通過使用捕食者(即鳥)視覺模型比較模擬和非模仿女性與綠色森林背景來測試該假設。非模仿的，毫無掩飾的女性實際上并不僅僅是模仿背景，所以這個想法也是如此。

這兩項研究結果與基因組序列數(shù)據(jù)相結合，使研究人員開始考慮另一種有趣的可能性。可能是導致模仿的遺傳變化也構成了一些長期的劣勢。當原來的doublesex基因倒置時，它可能帶有一堆其他不相關的遺傳物質。由于翻轉的doublesex基因不能與其原始版本重新組合，因此額外的東西從此“搭便車” - 它可能會產生后果。事實上，一些研究表明，女性模仿不像標準模仿那樣長壽。

“我們認為當基因的一個副本翻轉并成為模仿副本時，偶然會捕獲到一堆差異。因為很多這些變化都是功能性的，它們可能對健康有害，”Kronforst說。

他說：“我們的想法是，你有這種模擬的不利條件。標準的女性沒有模仿的保護，但它們也沒有這種固有的遺傳成本，這兩種情況相互抵消。”

現(xiàn)在，他們已經揭開了模仿進化背后的一些歷史，Kronforst說他的團隊想要開始尋找導致不同類型模仿的doublesex的特定基因突變。

他說：“如果我們能找到解決我們所看到的所有差異的方法，我們應該能夠將其縮小到比我們現(xiàn)在所看到的所有差異更為分散的范圍。”

這項研究“跟蹤蝴蝶中超基因模仿的起源和進化”得到了芝加哥大學Neubauer研究基金，皮尤生物醫(yī)學學者獎學金，國家科學基金會和國立衛(wèi)生研究院的支持。其他作者包括阿肯色大學的Erica Westerman，以及芝加哥大學的Eyal Nitzany和Stephanie Palmer。