进化是可预测的吗?对我们对地球生命的理解方式的重要意义

时间:2019-11-16 12:46 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

进化是可预测的吗?对我们对地球生命的理解方式的重要意义

 

  进化是可预测的吗?对Heliconius蝴蝶的研究表明事实并非如此。

  巴拿马史密森尼热带研究所(STRI)的一支由国际象棋协会(Heliconius)蝴蝶工作的科学家团队面临着一个谜:从秘鲁到哥斯达黎加的成对无关的蝴蝶如何一次又一次地演化出几乎相同的机翼颜色图案?答案发表在《当代生物学》上,永远改变了人们对进化的理解方式。

  “我们的团队是第一个报告说,尽管Heliconius中相似颜色图案的演变可能是由相似的力驱动的-像捕食者躲开特定种类的蝴蝶-但这种结果的途径是不可预测的,” Caroline Concha说,该论文和STRI的博士后研究员。“这真的令我们感到惊讶,因为它揭示了历史和机遇对塑造导致蝴蝶翅膀图案模仿的遗传途径的重要性。”

  Heliconius明亮的翅膀颜色向鸟类捕食者发出信号,表明蝴蝶有毒。雄壮的雄性翅模式向雌性发出信号,表明它们正在选择合适的物种进行交配。掠食和交配这两种力以某种方式导致在安第斯山脉的山谷和山麓中孤立的蝴蝶群中产生相似的翅膀模式。通过敲除12个不同物种及其变体中的一个名为WntA的单一基因,研究小组的分子生物学家可以判断一对具有相同翼型的蝴蝶是否正在使用相同的遗传途径对它们的翼进行着色和模式化。他们不是。

  “想象一下,两个被赋予相同乐高积木的团队被要求制造相同的设备,”乔治华盛顿大学Butterfly Evo-Devo实验室的合著者兼负责人Arnaud Martin说。“每个团队以不同的方式完成任务,但最终结果是相同的。蝴蝶面临着更为严峻的挑战:它们建造由鳞片制成的结构,这对它们的生存和繁殖能力至关重要。”

  有关蝴蝶模仿的问题已经引起生物学家数十年的兴趣,但是直到大约五年前才出现了在活生物体中选择性去除单个基因的技术。现在,通过CRISPR / Cas 9基因编辑,修改遗传密码变得更加容易。当研究人员敲除像WntA这样的主要模式基因时,它会改变构成蝴蝶翅膀的鳞片的微观结构和颜色,结果,模式也会改变。这项研究提出了许多问题,例如WntA如何与其他基因相互作用而最终变成红色或黑色区域。现在,该小组想知道如何控制WntA基因。

  “我们了解到,发育基因(WntA)在大多数蝴蝶翅膀颜色图案的进化中可以发挥广泛的作用,但不能精确地预测将其精确用于为蝴蝶翅膀着色的方式,” Riccardo Papa共同作者兼教授说道。波多黎各大学。具有相同翼色图案的不同物种,例如拟蝶类,可以使用不同的分子策略来进化。想象一下在不同乐器上演奏的相同音符!”

  STRI的科学家和生态基因组学实验室负责人欧文·麦克米伦(Owen McMillan)说:“有人说巴拿马是一个本地词,意为蝴蝶很多。” “冈巴的史密森尼实验室无疑是了解蝴蝶如何进化的世界上最好的地方之一,我们希望受到启发的研究人员能够加入我们的行列,因为我们继续对这些令人难以置信的美丽生物提出疑问。”

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