不久前，美國佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家對一些常見蝴蝶和飛蛾的將近3000個基因進(jìn)行跟蹤研究，一直追溯到它們zui古老的祖先，并制作出一份涵蓋廣泛的“鱗翅目樹”——這也是利用大范圍下一代DNA測序技術(shù)進(jìn)行的研究。相關(guān)論文在線發(fā)表于近日的英國《*學(xué)會會刊B輯：生物科學(xué)》上。

這次研究揭示出許多令人吃驚的發(fā)現(xiàn)，其中一項就是在親緣關(guān)系上，蝴蝶與小飛蛾的關(guān)系比與大飛蛾間更加密切。這*改變了科學(xué)家對蝴蝶進(jìn)化的理解。研究還發(fā)現(xiàn)，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(shù)量越來越多，超過人們以前所想象的。

“這一項目促進(jìn)了生物多樣性研究，為各種各樣的昆蟲提供了一個進(jìn)化的基礎(chǔ)，地球上已知的昆蟲有近16萬種。”論文*作者、佛羅里達(dá)自然歷史博物館鱗翅目副館長河原秋田說，“通過這一進(jìn)化樹，現(xiàn)在我們明白了大部分種類的蝴蝶和飛蛾是怎樣進(jìn)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(shù)據(jù)回答了有關(guān)蝴蝶與飛蛾進(jìn)化史的問題，也是*這類研究中的一項。它揭示了鱗翅目世系中的重要發(fā)現(xiàn)，包括蝴蝶在進(jìn)化史中的傳統(tǒng)位置也與本研究極為不符，而可能被顛覆。研究人員認(rèn)為，本項目也為未來的昆蟲生態(tài)與基因?qū)W研究構(gòu)建了進(jìn)化的框架。

河原還指出：“一場DNA的革命正在發(fā)生，這是科學(xué)*的重大時機(jī)，現(xiàn)在我們能在大范圍上應(yīng)用DNA測序技術(shù)。”

下一代測序技術(shù)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zui初的46種樣本，zui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(zhuǎn)錄組，也就是一套RNA分子和13個基因組相結(jié)合，它們都含有生物體的遺傳物質(zhì)。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(xué)家、美國夏威夷大學(xué)昆蟲博物館館長丹尼爾·魯賓諾夫說，新研究有助于科學(xué)家確切定位蝴蝶在進(jìn)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(shù)的使用，本研究也為專業(yè)領(lǐng)域增加了更多知識，令人信服地證明了地球上zui常見的昆蟲之間的進(jìn)化關(guān)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(chǔ)上，顯然這也代表了深層進(jìn)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(xì)脆弱，這也正是它們迷人的特征之一。但當(dāng)它們還處在幼蟲階段，對于通過化石記錄來研究它們進(jìn)化的科學(xué)家來說，還是個難解之謎。在研究中，科學(xué)家旨在更好地理解進(jìn)化的歷程，尤其是形態(tài)分析與化石記錄還未能確立的部分，論文合著者、佛羅里達(dá)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(jìn)化史的數(shù)據(jù)庫，從它們zui早的祖先直到今天的子孫。”

以往的研究是以解剖學(xué)的特征為基礎(chǔ)，假設(shè)蝴蝶與大飛蛾的親緣關(guān)系更近，但新的進(jìn)化樹表明，蝴蝶與小飛蛾或微型飛蛾的親緣關(guān)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(gòu)建的“進(jìn)化樹”也提供了一個測試基準(zhǔn)，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(jìn)化得比以往科學(xué)家認(rèn)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(jìn)化出了白天活動。

未來研究將在整個鱗翅目中調(diào)查這種進(jìn)化過渡，如晝間活動的原因。布雷恩霍特說，雖然新的“進(jìn)化樹”厘清了蝴蝶和飛蛾之間的關(guān)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(guī)模研究的起點。”