在蝴蝶翅膀上寻找自然选择的线索
但生物学家澳门威尼斯人注册网站研究贝氏拟态了解新物种的形成
博士候选人Evan Kristiansen （GRS ' 20）。克里斯蒂安森和他的导师，生物学副教授肖恩·马伦澳门威尼斯人注册网站研究蝴蝶，以了解物种形成的遗传学。西德尼·斯科特摄
在1800年代中期,英国博物学家和热心的业余昆虫学家亨利·沃尔特·贝茨前往亚马逊雨林寻求冒险,名声,和未被发现的bug。
他花了十多年的时间在丛林的淤泥中跋涉，特别是对蝴蝶的仔细澳门威尼斯人注册网站研究，导致了一个有趣的发现。他注意到，远亲种类的蝴蝶常常看起来非常相似，有时“美味的”蝴蝶——鸟类喜欢吃的蝴蝶——身上有它们难吃的表亲身上的亮色斑点。美味蝴蝶显然进化伪装,旨在诱骗捕食者认为他们是有毒的。这种概念——动物相互模仿以获得进化优势——后来被称为贝叶斯拟态。
今天，科学家们知道贝叶斯拟态存在于许多动物中，从青蛙和蛇到鸟类和蜜蜂，当然还有蝴蝶。现在，由生物学副教授肖恩·马伦（Sean Mullen）和博士候选人埃文·克里斯蒂安森（Evan Kristiansen） （GRS ' 20）领导的波士顿大学生物学家（和蝴蝶专家）团队正在利用他们对这种基本进化机制的理解，以及现代遗传学技术，来回答生物学中最大、最基本的问题之一：新物种是如何形成的？
他们的回答这个问题的第一步是5月31日发表的一项澳门威尼斯人注册网站研究,2018年,在《进化》杂志上Kristiansen,马伦和博士后有请苏珊Finkbeiner在一对butterflies-one有毒,学习模仿一个美味,而外观相似但在远亲。这只有毒的蝴蝶，或称“模特”，是加州阿德尔法蝶，俗称“加州姐妹”。这种模仿物味道不错，对鸟类无害，但带有明亮的红橙色斑点，使它看起来像有毒的模型，它是Limenitis lorquini，或Lorquin的海军上将。
“Butterflies have really conspicuous traits that you can use for your research,” says Kristiansen, whose work is funded by the National Science Foundation. “Where some organisms’ traits are a little harder to see, with butterflies they’re really obvious, big color blotches, which makes our job a little bit easier.”
科学家们的最终目标是了解贝叶斯模仿是如何在基因层面上起作用的。他们怀疑，模仿者的外表保护得如此之好，以至于在有毒模型出现的任何地方，它都胜过了它的（非模仿者）姐妹物种，从而产生了独特的地理范围，并最终形成了物种。科学家们认为，对一种特殊性状的选择——在这种情况下是红橙色斑点——可能会限制Lorquin的海军上将与其姊妹物种之间的基因流动，从而推动进化。
这项澳门威尼斯人注册网站研究的第一步是实地测试贝叶斯模仿，以确保这些蝴蝶的进化机制在起作用。马伦说：“贝叶斯模仿做出了一些我们可以直接测试的预测。”这些预测是相当合乎逻辑的：无论在哪里发生，这种模式都应该是令人不快的，或者是被“防御”的——基本上是被捕食者避开的；模仿者应该在模型发生的地方受到保护，因为捕食者会把它误认为模型；保护应该分解模型的地理范围之外,因为鸟儿不知道有毒的模型是什么样子,因此并不反对模仿;and the more common the model (defended) species is, the stronger the protection for the mimic.
为了验证这些预测，克里斯蒂安森需要在野外——太浩湖附近一个叫做尤巴山口的荒野地区——放置模型、模拟和控制蝴蝶的复制品，并记录鸟类袭击事件。所以他用纸、橡皮泥和麻绳做了3600个假的。“在动物攻击澳门威尼斯人注册网站研究中，模型澳门威尼斯人注册网站研究是一种可靠的方法，”他说。“问题是，我们试图欺骗鸟类；we’re not just trying to trick us. 我们看着激光打印机打印出来的东西，对我们的眼睛来说，它看起来真的很真实，但对鸟类的眼睛来说，它们所有的紫外线敏感锥细胞看起来完全不同。”
为了制造出能骗过鸟类的蝴蝶，同时也为他的科学目的服务，克里斯蒂安森在一种特殊的纸上打印了翅膀，这种纸以一种模仿真实蝴蝶翅膀的方式反射紫外线——这是第一作者之一芬克拜纳首创的方法——使用光谱仪来确保他得到的是正确的。根据蝴蝶的不同，他用Crayola蜡笔给翅膀上的一些白色斑块上色，这种蜡笔不会反射紫外线。然后他把翅膀装在卡片上，蘸上蜡把它们粘在一起，然后把它们粘在一个用黑色橡皮泥做成的“身体”上。这种橡皮泥和动画版《超级无敌掌门狗》中的人物是同一种，这种橡皮泥的设计是为了承受工作室灯光的高温，因此不会在加州的阳光下融化。
他制作了900个加利福尼亚姐妹和900个洛昆的海军上将，以及900个魏德迈耶的海军上将和900个普通的七叶树作为对照。最终，他在五分钟内完成了一只蝴蝶。马伦说：“有一次，他在一个晚上用钻头在数百个岩石上钻孔。”“他只是在车库里，钻了所有这些糟糕的模型，然后把它们组装在一起。”
克里斯蒂安森说：“科学澳门威尼斯人注册网站研究一直让我感到惊讶的是，你可以将许多深奥的技能结合到一个项目中。”
克里斯蒂安森和他的同事们把他们的假蝴蝶带到这位加州姐姐的家里，每20只一组，用麻绳把它们绑在灌木丛和树枝上。The team checked them at regular intervals for evidence of bird attack—a triangular, beak-shaped bite in the body. 然后，他们在爱达荷州的一个地点重复了这个实验，加州的妹妹并不住在那里。
在加利福尼亚的澳门威尼斯人注册网站研究区域，模型蝴蝶非常普遍，科学家们发现贝叶斯模仿正如预测的那样起作用：鸟类攻击模型和模仿者的频率低于它们攻击任何一个控制组的频率。And in the Idaho site, where the model is usually absent, birds attacked the mimics and controls at about the same rate, as expected. “Surprisingly, we found that the model was actually still attacked less often than we would have expected by chance,” says Mullen. 他怀疑鸟类被模型蝴蝶的标记吓住了，或者候鸟从其他地方认出了它。
在证实了贝叶斯模仿确实在这些蝴蝶身上起作用之后，科学家们现在开始了基因部分的工作。克里斯蒂安森正在创建一个基因链接图，以确定基因组的区域，该区域负责存在或不存在独特的红点，以及范围。他还对每个物种10只的整个基因组进行了测序，以及对来自两个物种杂交区的20只个体进行了测序。马伦说：“一旦我们知道要在基因组中寻找什么，我们就能找到控制这种特征存在与否的确切基因变异。”“And then the last step will be to demonstrate that in fact natural selection can reduce gene flow between populations, and promote speciation, by acting on this trait in the genome.”
了解蝴蝶这些小特征的基因流动可能会加深我们对进化多样性的理解，并有助于回答一些澳门威尼斯人注册我们是如何形成的问题。
“As humans, we’re interested in how we got here,” says Kristiansen. “当你想到我们和尼安德特人，或者我们和南方古猿的物种形成过程时，这个过程是什么？是什么导致了这些事件，我认为，是一个非常有趣的问题。回答这些澳门威尼斯人注册进化如何在小尺度上起作用的渐进问题，可能会让我们有机会回答一些更大的问题。”
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