不久前，美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家對(duì)一些常見(jiàn)蝴蝶和飛蛾的將近3000個(gè)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(shù)”——這也是利用大范圍下一代DNA測(cè)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(guó)《*學(xué)會(huì)會(huì)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(xiàng)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(duì)蝴蝶進(jìn)化的理解。研究還發(fā)現(xiàn)，曾被劃歸為飛蛾類(lèi)的一些昆蟲(chóng)實(shí)際上是蝴蝶，蝴蝶的品種數(shù)量越來(lái)越多，超過(guò)人們以前所想象的。

“這一項(xiàng)目促進(jìn)了生物多樣性研究，為各種各樣的昆蟲(chóng)提供了一個(gè)進(jìn)化的基礎(chǔ)，地球上已知的昆蟲(chóng)有近16萬(wàn)種。”論文*作者、佛羅里達(dá)自然歷史博物館鱗翅目副館長(zhǎng)河原秋田說(shuō)，“通過(guò)這一進(jìn)化樹(shù)，現(xiàn)在我們明白了大部分種類(lèi)的蝴蝶和飛蛾是怎樣進(jìn)化的。”

一場(chǎng)DNA的革命

這項(xiàng)研究歷時(shí)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(wèn)題，也是*這類(lèi)研究中的一項(xiàng)。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(xiàng)目也為未來(lái)的昆蟲(chóng)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(chǎng)DNA的革命正在發(fā)生，這是科學(xué)*的重大時(shí)機(jī)，現(xiàn)在我們能在大范圍上應(yīng)用DNA測(cè)序技術(shù)。”

下一代測(cè)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(gè)轉(zhuǎn)錄組，也就是一套R(shí)NA分子和13個(gè)基因組相結(jié)合，它們都含有生物體的遺傳物質(zhì)。河原說(shuō)，通過(guò)分解DNA再重新拼合，他們識(shí)別出了2696個(gè)基因。

昆蟲(chóng)學(xué)家、美國(guó)夏威夷大學(xué)昆蟲(chóng)博物館館長(zhǎng)丹尼爾·魯賓諾夫說(shuō)，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(wèn)題是長(zhǎng)期困擾科研人員的。

“通過(guò)新技術(shù)的使用，本研究也為專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域增加了更多知識(shí)，令人信服地證明了地球上zui常見(jiàn)的昆蟲(chóng)之間的進(jìn)化關(guān)系。”魯賓諾夫說(shuō)，“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(lái)。”

追溯千萬(wàn)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(chóng)階段，對(duì)于通過(guò)化石記錄來(lái)研究它們進(jìn)化的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，還是個(gè)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(shuō)。

“我們只有極少的鱗翅目化石來(lái)自大約1500萬(wàn)年前。”布雷恩霍特說(shuō)，“下一步是為這一組群建立一個(gè)進(jìn)化史的數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shù)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(wàn)種飛蛾的祖先，比如喜蝶科（通常稱(chēng)為美國(guó)蝶蛾）歸為飛蛾類(lèi)，但其實(shí)是一種蝴蝶。

本研究構(gòu)建的“進(jìn)化樹(shù)”也提供了一個(gè)測(cè)試基準(zhǔn)，觀察蝴蝶或飛蛾是否在白天活動(dòng)，這是蝴蝶的一個(gè)常見(jiàn)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(shí)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(dòng)。

未來(lái)研究將在整個(gè)鱗翅目中調(diào)查這種進(jìn)化過(guò)渡，如晝間活動(dòng)的原因。布雷恩霍特說(shuō)，雖然新的“進(jìn)化樹(shù)”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(yàn)。“考慮到鱗翅目昆蟲(chóng)極為多樣，我希望這只是更大規(guī)模研究的起點(diǎn)。”