玫瑰红枫蛾 来源：Jeremy Squire
来源 Florida Museum of Natural History
翻译 陈钰婷
编辑 魏潇
一个物种是如何变成两个物种的？如果你是生物学家，这是个回答起来很复杂的问题。目前的共识是，在大多数情况下，当来自单一种群的个体在地理上被隔离时，物种分化就会开始。如果它们分离的时间足够长，就会失去杂交的能力。
一项发表于《英国皇家学会院刊 B：生物科学》（Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences）的新研究展示了一种不太常见的物种分化形式。这两个物种的成员不是被山脉或海洋等物理屏障分隔，而是因为时间而被分开。
研究人员对美国东南部分布范围重叠的两种密切相关的蛾类进行了重点研究。
论文的第一作者亚什·松迪（Yash Sondhi）说：“这两种生物非常相似，它们沿着一条轴线分化，这条轴线就是它们飞行的时间。”松迪在佛罗里达国际大学工作期间就开展了这项研究，后来又在佛罗里达自然历史博物馆工作。
Dryocampa 属的玫瑰红枫蛾（Rosy maple moths）看起来就像罗尔德·达尔（Roald Dahl）发烧的时候于梦中所绘。它们的头部和腹部覆盖着浓密的鬃毛，鲜艳的鳞片是草莓和香蕉太妃糖的颜色。雄性和雌性玫瑰红枫蛾都只在夜间飞行。
玫瑰红枫蛾 来源：Jeremy Squire
粉红条纹橡树虫蛾归于 Anisota 属，没有那么艳丽，多呈现为微妙的赭色、黄褐色和泥灰色。该物种的雌蛾在黄昏和傍晚活动，雄蛾则喜欢在白天飞行。
松迪从前人的研究中了解到，Dryocampa 和 Anisota 这两个类群起源于大约 380 万年前的同一个物种，这在演化的尺度上是一段相对较短的时间。Anisota 属包括很多物种，它们都在白天活动。夜间活动的玫瑰红枫蛾则是 Dryocampa 属中的唯一物种。
松迪专攻昆虫视觉生物学，他认为这两种飞蛾是探索物种改变活动模式时，视觉如何演变的绝佳机会。
但事与愿违。
“我一直在寻找色觉上的差异。然而，我们却发现了他们时钟基因的差异。事后看来，这是有道理的，”松迪说。
时钟基因控制着动植物的昼夜节律。它们产生的蛋白质的起伏变化会使细胞在大约 24 小时内变得活跃或休眠。它们影响着从新陈代谢、细胞生长到血压和体温的一切。
任何生物在逆转其活动模式时，几乎都会涉及时钟基因。“从果蝇到哺乳动物和植物，都保留了这一系统。它们都有某种计时机制，”他说。
松迪比较了这两种蛾的转录组。与包含生物体全部 DNA 的基因组不同，转录组只包含被积极用于制造蛋白质的遗传物质子集。因此，转录组有助于探索机体全时段蛋白质水平的差异。
不出所料，松迪发现这两种飞蛾的一些基因表达量不同。夜间活动的玫瑰红枫蛾在嗅觉上投入了更多的能量，而白天活动的橡树虫蛾则表达了更多与视觉有关的基因。
然而，这两种飞蛾在赋予视觉色彩能力的基因方面却没有差异。这并不一定意味着它们的色觉是完全相同的，但如果确实存在差异，那也很可能是在调谐和灵敏度的层面上，而不是在基因本身的结构上。
还有一个基因非常突出。这两个物种中的 Disconnected 基因——或称 Disco 基因——在白天和夜晚的表达水平不同。据了解，在果蝇体内，Disco 基因通过产生神经元将时钟酶从大脑传递到身体，从而间接影响昼夜节律。
松迪在他的飞蛾样本中发现的Disco基因的序列长度是果蝇的两倍，而且该基因还有额外的锌指——能直接与 DNA、RNA 和蛋白质相互作用的基因活性部分。看来，Disco 基因的变化至少很可能是玫瑰红枫蛾转为夜间活动的部分原因。
当松迪将玫瑰红枫蛾和橡树虫蛾的的 Disco 基因放在一起比较时，他发现了 23 个突变，这些突变使这两种飞蛾的基因截然不同。这些突变还出现在它们基因的活性部分，这意味着它们很可能造成了这两类飞蛾之间可观察到的物理差异。于是，松迪开始探寻它们的演化过程。
他说：“如果这一点得到了功能上的证实，那么这就是一个十分确凿的例子，说明了它们在分子水平上演化的机制，而这是非常罕见的。”
这项研究还对更好地了解生命维持和繁殖的各种方式起到了重要的推动作用。当遗传学刚刚成为一个研究领域时，研究人员的大部分精力都集中在少数具有代表性的物种上，如果蝇或实验小鼠。这样做主要是权宜之计，但却限制了我们对广泛生物模式的了解。因为人不是实验小鼠，飞蛾也不是果蝇。
“气候变化和其他人为影响导致物种不断减少，我们需要对更多的物种进行基因工程改造，以提高它们的耐旱性或在轻度污染环境中的活性。要始终如一地做到这一点，拥有更广泛的跨生物体功能特征基因库至关重要。我们不能只使用果蝇。”松迪表示。
原文链接
https://www.eurekalert.org/news-releases/1055401
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