作者：張蔚
演化生物學(xué)關(guān)注生命過程的基本問題，自達(dá)爾文劃時(shí)代的演化理論提出之后，在思辨推理中不斷的延續(xù)拓展。它探究的問題自生命誕生而始，貫穿至今，直至未來。如何解釋生物多樣性？生命如何繁衍、變異、適應(yīng)？物種是如何界定和形成？種種疑問隨著科學(xué)積累愈加明晰，又在曲折中盤旋上升。
2007年《科學(xué)》雜志建刊125周年時(shí)提出了125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，其中最重要的前25個(gè)問題即包括了：地球生命何時(shí)和如何產(chǎn)生？什么決定了物種多樣性？
問題提出至今十余年間，科學(xué)發(fā)展已經(jīng)日新月異。
此外，基礎(chǔ)演化理論研究與人類生活的關(guān)系日益密切，生態(tài)文明作為一個(gè)人類文明發(fā)展的新階段，更加重視保護(hù)和建設(shè)生物多樣性，物種多樣性則是生物多樣性的核心。
作為一名演化生物學(xué)工作者，我在研究經(jīng)歷中親身體會(huì)到了時(shí)代浪潮推動(dòng)這一經(jīng)典學(xué)科蓬勃發(fā)展，期望以小見大，以蝴蝶擬態(tài)為例，闡述生物演化研究的精彩魅力。
蝴蝶是一類鱗翅目昆蟲，物種多樣性非常豐富。演化研究關(guān)注蝴蝶翅膀的花紋，這是因?yàn)楹岚蚪Y(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，但承載著復(fù)雜的功能，例如運(yùn)動(dòng)和求偶等，并且?guī)椭玫牡钟鞌场?/span>
例如一類我國南方常見的無毒的玉帶鳳蝶，其部分雌蝶展現(xiàn)出模仿有毒的紅珠鳳蝶的鮮艷花紋，由于這一類假警戒的模仿形式首先由英國博物學(xué)家貝茨在1862年研究巴西蝶類時(shí)提出，因此稱為“貝氏擬態(tài)”。
自達(dá)爾文和華萊士時(shí)期起，玉帶鳳蝶擬態(tài)便為人所知，并作為教科書中列舉的經(jīng)典實(shí)例，一百多年來，科學(xué)家一直致力于在形態(tài)和理論范疇研究這一類復(fù)雜擬態(tài)性狀，并通過飼養(yǎng)觀察其后代表型，認(rèn)為它可能是被一個(gè)單一孟德爾位點(diǎn)控制，提出了擬態(tài)超級(jí)基因假說，即多個(gè)連鎖的基因共同控制這一復(fù)雜性狀。
我在芝加哥大學(xué)Kronforst教授的指導(dǎo)下進(jìn)行博士后研究，參與到了研究玉帶鳳蝶擬態(tài)遺傳機(jī)制的工作。合作者Kunte博士首先飼養(yǎng)了幾百只蝴蝶建立家系，對這個(gè)控制擬態(tài)的遺傳位點(diǎn)進(jìn)行粗定位，由于采用方法的分辨率的局限，獲得的位點(diǎn)包含五個(gè)基因。
得益于迅速發(fā)展的高通量核酸測序技術(shù)，我對玉帶鳳蝶進(jìn)行了局部基因組組裝和全基因組關(guān)聯(lián)分析，將該位點(diǎn)定位到了單基因-雙性基因，這一基因在模式生物果蠅中被證明是一個(gè)控制性別決定的關(guān)鍵基因。
我進(jìn)一步在蝴蝶中鑒定了雙性基因的不同剪切形式，找到了控制這一擬態(tài)特征的雌性轉(zhuǎn)錄本，以及發(fā)現(xiàn)了該擬態(tài)基因是被保留在一段倒位的染色體結(jié)構(gòu)變異中，至此解開了玉帶鳳蝶擬態(tài)的機(jī)制。
此后的研究中，日本科學(xué)家Fujiwara課題組對該蝴蝶的基因組進(jìn)行組裝，再次確定這一段擬態(tài)基因的染色體倒位區(qū)域，并采用RNA干擾實(shí)驗(yàn)對該基因進(jìn)行了功能驗(yàn)證。
后來，我對該擬態(tài)基因的起源的演化進(jìn)行研究，將研究范圍拓展至更多的近緣種鳳蝶，應(yīng)用了全基因組的群體遺傳學(xué)分析，揭示了這一擬態(tài)和染色體變異的單起源事件，并在理論上提出了擬態(tài)可能伴有負(fù)面效應(yīng)的遺傳負(fù)荷，使得雌性擬態(tài)—非擬態(tài)的多態(tài)性得以共存。
在多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的共同努力下，玉帶鳳蝶擬態(tài)這一經(jīng)典科學(xué)問題得以解答，新的研究成果被收錄進(jìn)多本教科書。從一個(gè)世紀(jì)前的博物觀察直至百年后經(jīng)典問題的最終揭秘，離不開演化研究者對科學(xué)問題的執(zhí)著求索以及大數(shù)據(jù)時(shí)代多組學(xué)技術(shù)的有力支撐。在這樣一個(gè)快速發(fā)展整合創(chuàng)新的時(shí)代，繼續(xù)這樣的演化研究和傳播理性思維，我們面對著復(fù)雜的問題和空前的機(jī)遇，也肩負(fù)著嶄新的使命。
責(zé)任編輯:陳云
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