將飛蛾變黑的基因開(kāi)關(guān)也會(huì)使蝴蝶變色
研究人員發(fā)現(xiàn),同樣的基因使熱帶蝴蝶能夠模仿彼此明亮多彩的圖案,這也導(dǎo)致英國(guó)飛蛾在工業(yè)革命的污垢中變黑。在由劍橋大學(xué)和謝菲爾德大學(xué)的學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的研究小組“ 自然 ”雜志上寫(xiě)道,一種快速發(fā)展的基因“皮質(zhì)”似乎在決定蝴蝶翅膀的顏色和圖案方面起著關(guān)鍵作用。利物浦大學(xué)的研究人員在同一期刊上發(fā)表的一篇平行論文表明,同樣的基因也導(dǎo)致胡椒蛾在19世紀(jì)中期變黑,當(dāng)時(shí)它發(fā)展為尋找偽裝自己的新途徑; 當(dāng)時(shí)工業(yè)污染的副作用。
該發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于遺傳學(xué)如何在使進(jìn)化成為可預(yù)測(cè)過(guò)程中發(fā)揮作用的線索。由于研究人員尚未完全理解的原因,皮質(zhì)基因有助于調(diào)節(jié)蝴蝶和飛蛾的細(xì)胞分裂,已經(jīng)成為自然選擇作用于翅膀顏色和圖案的主要目標(biāo)。
劍橋大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)教授,圣約翰學(xué)院院士Chris Jiggins說(shuō):“令人興奮的是,在兩種情況下它都是同一個(gè)基因。對(duì)于飛蛾來(lái)說(shuō),黑色著色是因?yàn)樗麄冋趪L試隱藏,但蝴蝶使用鮮艷的顏色來(lái)宣傳它們對(duì)捕食者的毒性。它提出了一個(gè)問(wèn)題,即鑒于蝴蝶和飛蛾的多樣性,以及制造翅膀所涉及的數(shù)百個(gè)基因,為什么每次都這樣做?
來(lái)自謝菲爾德大學(xué)的NERC研究員Nicola Nadeau博士補(bǔ)充說(shuō):“令人驚奇的是,同一基因控制著蝴蝶和飛蛾中不同顏色和模式的多樣性。我們的研究以及利物浦大學(xué)的研究結(jié)果,表明皮質(zhì)基因?qū)@整組昆蟲(chóng)的顏色和模式進(jìn)化很重要。“
蝴蝶和蛾類(lèi)包括被稱(chēng)為鱗翅目昆蟲(chóng)的昆蟲(chóng)。幾乎所有的160,000種蛾和17,000種蝴蝶都有不同的翅膀圖案,適用于吸引配合,發(fā)出警告,偽裝(也稱(chēng)為“隱藏”)和熱調(diào)節(jié)等目的。這些翼形圖案實(shí)際上是由像屋頂上的瓷磚一樣排列的微小色鱗片組成。雖然它們已被生物學(xué)家研究了一個(gè)多世紀(jì),但控制它們發(fā)展的分子機(jī)制才剛剛開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)。
胡椒蛾是通過(guò)自然選擇進(jìn)化的最著名的例子之一。直到19世紀(jì),胡椒蛾主要是淺色的,并用它來(lái)掩蓋地衣覆蓋的樹(shù)干,使它們幾乎看不到掠食者。
然而,在工業(yè)革命期間,該國(guó)部分地區(qū)的樹(shù)木上的地衣被污染所殺死,煙灰使樹(shù)干變黑。在胡椒蛾中也發(fā)生了相應(yīng)的變化,這些蛾也變黑了,幫助它們保持被鳥(niǎo)類(lèi)偽裝。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為工業(yè)黑色素 - 黑色素,意味著深色色素沉著的發(fā)展。
利物浦領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn),這種顏色變化是由皮質(zhì)基因突變產(chǎn)生的,這種突變發(fā)生在19世紀(jì)中期,就在第一次報(bào)告發(fā)現(xiàn)黑胡椒蛾之前。然而,令人著迷的是,劍橋 - 謝菲爾德的研究現(xiàn)在已經(jīng)證明,完全相同的基因也會(huì)影響Heliconius的極其明亮和多彩的圖案- 這是南美洲發(fā)現(xiàn)的大約40種不同密切相關(guān)的美麗熱帶蝴蝶的名稱(chēng)。
Heliconius顏色模式用于向潛在捕食者發(fā)送信號(hào),如果食用,蝴蝶是有毒的,不同類(lèi)型的Heliconius蝴蝶通過(guò)使用其鮮艷的顏色作為警告信號(hào)來(lái)模仿彼此。與胡椒蛾的深色著色不同,因此它是一種有待觀察的進(jìn)化發(fā)展。
研究人員在三種不同的Heliconius物種中進(jìn)行了精細(xì)尺度的繪圖,尋找具有不同模式的蝴蝶特別不同的DNA序列的部分,并且在每種情況下,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)基因在其圖案化中負(fù)責(zé)這種適應(yīng)。 。
由于Heliconius物種極其多樣化,因此研究導(dǎo)致其模式變化的原因可以為控制物種多樣化的遺傳開(kāi)關(guān)提供更一般的線索。
在大多數(shù)情況下,負(fù)責(zé)這些過(guò)程的基因被稱(chēng)為“轉(zhuǎn)錄因子” - 這意味著它們負(fù)責(zé)打開(kāi)和關(guān)閉其他基因。有趣的是,是什么使得皮質(zhì)如此難以捉摸的轉(zhuǎn)變?yōu)榘唿c(diǎn)的事實(shí)是它不會(huì)這樣做。相反,它是一個(gè)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)器,這意味著它可以控制細(xì)胞何時(shí)分裂,從而控制蝴蝶翅膀內(nèi)不同顏色的鱗片。
“這與我們可能預(yù)期的基因不同,我們?nèi)孕枰龈嗟氖虑椴拍艽_切了解它在做什么,以及它是如何做到的,”Jiggins說(shuō)。Nadeau博士補(bǔ)充說(shuō):“我們的研究結(jié)果更令人驚訝,因?yàn)橐郧罢J(rèn)為皮質(zhì)基因只參與雌性昆蟲(chóng)產(chǎn)卵細(xì)胞,與控制從酵母到人類(lèi)的細(xì)胞分裂的基因非常相似。”
6月2日的“ 自然”雜志報(bào)道了該研究,該基因皮層控制著蝴蝶和飛蛾的模仿和隱秘。
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