乘上基因“列車”

蝶類是目前記錄中分布海拔最高的昆蟲類別之一，有些種群的活動(dòng)范圍甚至延伸到了五六千米的冰川。青藏高原之上，絹蝶正“環(huán)抱”雪線，振翅飛舞，薄絹般的翅膀涂抹的是冰雪的顏色。在它們體內(nèi)，隱藏著解開地質(zhì)變遷和生物演化謎題的“鑰匙”。

于高原振翅

絹蝶屬，隸屬于鳳蝶科絹蝶亞科，廣泛分布于歐亞大陸及北美洲，約50余種。其中，我國(guó)分布30余種，是名副其實(shí)的“絹蝶大國(guó)”。

約6500萬年前的新生代初期，印度板塊和歐亞板塊兩個(gè)大陸板塊開始碰撞，這一漫長(zhǎng)的碰撞奠定了現(xiàn)代地貌的格局，而絹蝶屬物種的形成、演化，也與該過程密切相關(guān)。

板塊相互作用使得青藏高原不斷隆升，這是一個(gè)劇烈的地質(zhì)環(huán)境變化過程，在這一背景下，中新世早期（距今約2000萬～1300萬年），絹蝶屬蝶類開始出現(xiàn)。

隨后，由于高山山脈大規(guī)模抬升、氣候環(huán)境變化等原因，它們又迅速輻射（指一些動(dòng)植物種群在某一時(shí)期快速演化、新物種爆發(fā)式增加）至整個(gè)北半球的高原，并逐漸適應(yīng)了高寒、低氧、強(qiáng)紫外線的極端環(huán)境。

正是由于這一漫長(zhǎng)而獨(dú)特的演化史，絹蝶屬物種被認(rèn)為是非常理想的研究對(duì)象，對(duì)探索地球環(huán)境變遷和生物演化歷程具有重要意義。

飛越名山大川

絕大部分絹蝶屬物種生活在高海拔的山區(qū)，但在第四紀(jì)（新生代最新的一個(gè)紀(jì)，約從260萬年前開始），地球上曾多次出現(xiàn)冰期和間冰期的氣候交替，部分物種便在這期間，經(jīng)西北地區(qū)較高海拔的山地向華中、華北、華東等地區(qū)較低海拔的山地?cái)U(kuò)散。

其中，冰清絹蝶是絹蝶屬中唯一起源于青藏高原，后又?jǐn)U散至中東部乃至江南低海拔地區(qū)（如南京紫金山、浙江天目山）的物種。

冰清絹蝶成蟲翅展約6～7厘米，翅為白色，呈半透明狀，翅脈則是灰黑褐色，飛翔姿態(tài)柔美、優(yōu)雅，讓人如夢(mèng)似幻。它每年只會(huì)產(chǎn)育一代，發(fā)育要經(jīng)歷卵、幼蟲、蛹和成蟲4個(gè)時(shí)期。成蟲通常會(huì)在5～6月產(chǎn)卵（比高海拔分布的其他絹蝶物種提前1～2個(gè)月），卵產(chǎn)于地面的枯枝、枯葉和枯草上，第2年的3～4月開始孵化。幼蟲會(huì)生活在紫堇屬的延胡索、小藥八旦子等植物身上，直至成蛹、羽化。

走出青藏高原

我們對(duì)冰清絹蝶進(jìn)行Denovo基因組測(cè)序（也被稱為從頭測(cè)序，指不依賴參考基因組，直接從樣本DNA中提取并測(cè)定堿基序列，這種方式能夠分析那些未知或未被全面研究的生物），獲得了其基因組數(shù)據(jù)，大小約為1.35×109 堿基對(duì)（1.35Gb）。

通過與其他絹蝶屬物種以及冰清絹蝶不同海拔、不同群體、不同個(gè)體的基因組信息進(jìn)行對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)座子（一類可移動(dòng)的、獨(dú)立的遺傳因子，可以從基因組的一個(gè)位置“跳”到另一個(gè)位子，并對(duì)其后的基因起調(diào)控作用，此過程被稱為轉(zhuǎn)座，這段序列則被稱為跳躍基因或轉(zhuǎn)座子）在冰清絹蝶走出青藏高原、適應(yīng)局部環(huán)境中起著重要的作用。

轉(zhuǎn)座子“工廠”

中新世中期，絹蝶屬的祖先已經(jīng)適應(yīng)了高原的極端環(huán)境。中新世后期（約590萬年前），冰清絹蝶和其近緣物種珍珠絹蝶（Parnassius orleans）（通常分布在青藏高原3500米以上的高海拔地區(qū)）的共同祖先開始出現(xiàn)分化。

更新世中后期（約23萬年前），冰清絹蝶形成并分化，逐漸向中國(guó)中部和東部2000米以下的低海拔區(qū)域擴(kuò)散，形成了許多不同地理分布的群體。

為了適應(yīng)這一過程，它們的基因組被轉(zhuǎn)座子驅(qū)動(dòng)著，快速地進(jìn)化、重新組合。由于內(nèi)部包含大量轉(zhuǎn)座子，冰清絹蝶的基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)比許多其他蝶類（如碧鳳蝶Papilio bianor）的基因組要龐大。

由于轉(zhuǎn)座子不斷“活動(dòng)”，冰清絹蝶基因組中的少數(shù)基因家族，形成了大量的假基因（基因組中存在的一段與正?；蚍浅Ｏ嗨频腄NA序列），其中，部分假基因已經(jīng)可以重新形成新的功能基因，并發(fā)生群體特異性分化，而這也為冰清絹蝶適應(yīng)多樣化的棲息地環(huán)境提供了更多遺傳物質(zhì)的儲(chǔ)備。

勇敢地“變身”

在冰清絹蝶“走”出青藏高原的過程中，為了適應(yīng)較低海拔環(huán)境中嶄新的寄主植物、多樣的蜜源植物、多種病原菌和其他天敵等，它們的形態(tài)、生理、生活習(xí)性上相應(yīng)地發(fā)生了變化，如體形變大、體色變淡、成蟲羽化的時(shí)間提前。

在冰清絹蝶的基因組中，我們發(fā)現(xiàn)了大量具有選擇性信號(hào)的基因，顯著地富集到了與抗氧化、生長(zhǎng)發(fā)育、免疫反應(yīng)等相關(guān)的代謝通路上，這可能幫助它們更好地應(yīng)對(duì)低海拔的棲息地。

蝴蝶扇動(dòng)翅膀，撥動(dòng)的是地球歷史的琴弦。細(xì)微之處，正能窺見滄海桑田。

（責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游）