小蝴蝶大學問下一代DNA測序技術揭示蝴蝶進化史

　　最近，美國佛羅里達大學科學家對一些常見蝴蝶和飛蛾的將近3000個基因進行跟蹤研究，一直追溯到它們最古老的祖先，并制作出一份涵蓋廣泛的“鱗翅目樹”——這也是首次利用大范圍下一代DNA測序技術進行的研究。相關論文在線發表于近日的英國《皇家學會會刊B輯：生物科學》上。

　　這次研究揭示出許多令人吃驚的發現，其中一項就是在親緣關系上，蝴蝶與小飛蛾的關系比與大飛蛾間更加密切。這完全改變了科學家對蝴蝶進化的理解。研究還發現，曾被劃歸為飛蛾類的一些昆蟲實際上是蝴蝶，蝴蝶的品種數量越來越多，超過人們以前所想象的。

　　“這一項目促進了生物多樣性研究，為各種各樣的昆蟲提供了一個進化的基礎，地球上已知的昆蟲有近16萬種。”論文第一作者、佛羅里達自然歷史博物館鱗翅目副館長河原秋田說，“通過這一進化樹，現在我們明白了大部分種類的蝴蝶和飛蛾是怎樣進化的。”

　　一場DNA的革命

　　這項研究歷時一年之久，利用大量基因數據回答了有關蝴蝶與飛蛾進化史的問題，也是首批這類研究中的一項。它揭示了鱗翅目世系中的重要發現，包括蝴蝶在進化史中的傳統位置也與本研究極為不符，而可能被顛覆。研究人員認為，本項目也為未來的昆蟲生態與基因學研究構建了進化的框架。

　　河原還指出：“一場DNA的革命正在發生，這是科學史上的重大時機，現在我們能在大范圍上應用DNA測序技術。”

　　下一代測序技術是一種迅速處理大量DNA的方法。利用這種方法，研究人員建立了最初的46種樣本，最能代表飛蛾和蝴蝶種群的大部分生物多樣性。然后他們將33個轉錄組，也就是一套RNA分子和13個基因組相結合，它們都含有生物體的遺傳物質。河原說，通過分解DNA再重新拼合，他們識別出了2696個基因。

　　昆蟲學家、美國夏威夷大學昆蟲博物館館長丹尼爾·魯賓諾夫說，新研究有助于科學家確切定位蝴蝶在進化史中的位置——這一問題是長期困擾科研人員的。

　　“通過新技術的使用，本研究也為專業領域增加了更多知識，令人信服地證明了地球上最常見的昆蟲之間的進化關系。”魯賓諾夫說，“研究所用的方法是新的，并建立在以往研究的基礎上，顯然這也代表了深層進化研究的未來。”

　　追溯千萬年前

　　蝴蝶和飛蛾是如此美麗，又如此纖細脆弱，這也正是它們迷人的特征之一。但當它們還處在幼蟲階段，對于通過化石記錄來研究它們進化的科學家來說，還是個難解之謎。在最新研究中，科學家旨在更好地理解進化的歷程，尤其是形態分析與化石記錄還未能確立的部分，論文合著者、佛羅里達博物館博士后研究員耶西·布雷恩霍特說。

　　“我們只有極少的鱗翅目化石來自大約1500萬年前。”布雷恩霍特說，“下一步是為這一組群建立一個進化史的數據庫，從它們最早的祖先直到今天的子孫。”

　　以往的研究是以解剖學的特征為基礎，假設蝴蝶與大飛蛾的親緣關系更近，但新的進化樹表明，蝴蝶與小飛蛾或微型飛蛾的親緣關系更近。本研究還提出，蝴蝶是地球上幾萬種飛蛾的祖先，比如喜蝶科（通常稱為美國蝶蛾）歸為飛蛾類，但其實是一種蝴蝶。

　　本研究構建的“進化樹”也提供了一個測試基準，觀察蝴蝶或飛蛾是否在白天活動，這是蝴蝶的一個常見特征，進化得比以往科學家認為的更早，可能是在蝙蝠在地球上廣泛繁榮的那段時間里，為了躲避蝙蝠及其它夜間掠食者而進化出了白天活動。

　　未來研究將在整個鱗翅目中調查這種進化過渡，如晝間活動的原因。布雷恩霍特說，雖然新的“進化樹”厘清了蝴蝶和飛蛾之間的關系，但還有許多世系有待檢驗。“考慮到鱗翅目昆蟲極為多樣，我希望這只是更大規模研究的起點。”