誰在操控生命錄像帶？1.2億年前蝴蝶基因，藏著演化的預定終局

本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

海潮天下·導讀

如果你穿越到一億年前，還能在那時的森林里看到和今天一模一樣的蝴蝶嗎？更不可思議的是，為什么上百種親緣關系極遠的蝴蝶、蛾子，會跟商量好了一樣，集體穿上同一套“橙黑條紋”的制服？這種跨越億年的“大撞衫”，究竟是進化的巧合，還是某種被刻進DNA深處的必然呢？科學家近期揭開了一個令人脊背發涼的真相——生命演化的劇本，或許早在1.2億年前就已經寫好了。

本文約3100字，閱讀約8分鐘

文 | 王芊佳

出品 | 海潮天下

自然界有一種奇妙的“撞衫”現象。在熱帶雨林里，你會發現上百種親緣關系極遠的蝴蝶和蛾子，竟然都穿著一套極其相似的“制服”——那種扎眼的橙黑條紋、或是明黃斑塊。這種現象在生物學上被稱為“虎紋”擬態環（tiger mimicry ring）。之所以長得這么像，是因為大家都在共享同一種“我有毒，別吃我”的警戒信號。這種跨物種的趨同演化，給了科學家一個難得的機會去觀察：生命的進化究竟是隨機的“涂鴉”，還是存在某種可以被預測的底層邏輯呢？

海潮天下（Marine Biodiversity）小編讀到一篇最新研究，2026年4月30日，來自英國約克大學、謝菲爾德大學、厄瓜多爾基多圣弗朗西斯科大學、法國國家自然歷史博物館（ISYEB, CNRS）等科研人員構成的一個龐大的國際科研團隊在《PLOS Biology》上發表的這個研究中，深入的拆解了這一現象背后的遺傳架構，揭示了跨越1.2億年演化史的驚人平行性。

這項研究對285個野外樣本的全基因組測序與關聯分析，重點剖析了鱗翅目（Lepidoptera）中七個物種的遺傳機制。

▲上圖：鱗翅目物種的系統發育關系與擬態表型分布。(A) “虎紋”子擬態環的地理分布：結合熱圖與地理界限，展示了黃帶型、橙黑型和條紋型三種擬態模式在全球的分布范圍及物種豐富度。圖中藍色背景標識了進行全基因組關聯分析（GWA/QTL）的核心物種，黃色背景則為基因流分析的輔助物種。(B) 是時間校準的系統發育樹，標示了本研究重點關注的8個鱗翅目物種（加粗顯示），其演化分歧時間跨度巨大。論文出處： Ben Chehida Y, van der Heijden ESM, Page E, Salazar C PA, Rosser N, Córdova KGG, et al. (2026)

這些物種的演化分歧時間跨度極大，從100萬年到1.2億年不等。研究人員發現，盡管這些物種在時間長河中早已各自獨立演化，但它們在調節關鍵顏色圖案時，竟然不約而同地反復利用了同一套遺傳工具箱：ivory基因與optix基因。

在對綃蝶族（Ithomiini）四個屬的研究中，前翅黃色斑帶的盈虧始終受控于ivory基因——這是一種靠近cortex基因的長鏈非編碼RNA。

令人訝異的是，在分化時間達3000萬年的不同物種中，控制這一特征的基因組區間精確地指向了ivory基因的第一內含子。這意味著自然選擇在漫長的歲月中，精準地在同一個遺傳“開關”上反復操作，以實現相同的視覺偽裝效果。

▲上圖：拍攝于厄瓜多爾東部的一只梅氏美紋綃蝶（Mechanitis messenoides）。攝影：Geoff Gallice

與此同時，后翅的黑色與橙色圖案分布，則普遍遵循了optix基因的指揮。雖然不同物種間的調控模塊存在細微差異，但，所有的關聯信號最終都匯聚在optix基因的上游區域。

研究人員利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，在梅氏美紋綃蝶（Mechanitis messenoides）這一物種中驗證了這些基因的功能。實驗顯示，敲除ivory會導致原本的黑色和橙色鱗片轉變為黃色，而敲除optix則會使原本鮮艷的橙色鱗片徹底變黑。

▲上圖：ivory與optix控制多物種間的趨同表型。該研究用曼哈頓圖揭示了ivory與optix兩個關鍵基因如何跨越物種界限，精準調控蝴蝶與蛾類的翅膀圖案。圖(A)顯示，前翅黃色斑塊的盈虧在多個物種中均與ivory基因組區域顯著相關，特別是Chetone histrio在這一區域展現出約1 Mb的高關聯倒位區間（紅色線段），這與Heliconius numata已知的P1倒位（橙色線段）在位置上高度重合。圖(B)則證實了后翅黑色與橙色圖案的變異普遍指向optix基因及其上游調控區。這些數據強有力地證明，即便演化分歧時間長達1.2億年，不同生物仍會通過重復利用相同的遺傳“開關”來實現相似的生存策略。論文出處： Ben Chehida Y, van der Heijden ESM, Page E, Salazar C PA, Rosser N, Córdova KGG, et al. (2026)

研究中最具突破性的發現源自對一種名為弄臣擬燈蛾（Chetone histrio）的晝行性蛾類的觀察。

這種蛾類與其擬態對象狐眼袖蝶（Heliconius numata）在大約1.2億年前就已經分道揚鑣，但在維持復雜的顏色多態性方面，它們竟然采用了近乎復制的遺傳策略。在弄臣擬燈蛾中，圖案的變化由一個約1 Mb大小的基因組倒位（inversion）結構決定，這個倒位區間恰好包含了ivory基因。這種以“超級基因”（supergene）形式存在的遺傳架構，與袖蝶屬中的發現高度一致，甚至倒位的斷點位置在基因組圖譜上，也表現出了極高的重合度。

▲上圖：弄臣擬燈蛾（Chetone histrio）的警戒色與形態特征。比例尺為1厘米。圖源：Fiedler, Konrad, and Gunnar Brehm

這種在遠緣物種間發生的架構平行演化，有力地證明了生物發育通路在時空尺度上承受著極強的遺傳約束。

傳統演化理論曾認為，模擬演化是由無數微效基因共同修飾的結果，但本項研究以實證數據證明，演化往往傾向于走“捷徑”，即利用少數具有大效應的核心調控基因。

這種“基因重復利用”而非“等位基因共享”的模式意味著，盡管近緣物種間存在基因流，但這些精巧的擬態特征，大多還是各物種在相似的遺傳位點上獨立演化出來的突變。

這表明熱帶蝴蝶與蛾類的擬態演化路徑是高度受限且可預測的。ivory與optix作為核心遺傳樞紐，在跨越上億年的尺度上保持了功能的一致性。這種遺傳上的路徑依賴，不僅解釋了為何如此眾多的物種能匯聚在同一個擬態環中，也展示了演化的必然性——由于深層的發育限制，生命的錄像帶無論重播多少次，在特定的生存壓力下，演化往往會通向相似的終局。

他山之石·海潮觀察

這個團隊整合了全球范圍內的資源，以“全球采樣+博物館調撥+實驗室共享”的模式，將散落在世界各地的演化碎片拼湊在一起，搞定了一個包含285個樣本、涵蓋1.2億年演化跨度的龐大“數據庫”。比如這個作者名單里面有一個Gerardo Lamas，就是秘魯國立圣馬科斯大學自然歷史博物館的資深專家，他應該算是當今世界蝴蝶分類學領域的泰斗級人物了；作者之一James Mallet是哈佛大學的演化生物學界的頂級權威；團隊陣容比較多樣化。

海潮天下（Marine Biodiversity）小編注意到，這篇論文的核心亮點，多多少少在于他們拿CRISPR-Cas9技術對關鍵的基因做了功能驗證。或許，這對我們國內的科研也是有所啟發的。國內許多蝴蝶研究目前仍停留在全基因組測序、形態特征描述或種群遺傳學分析階段，即所謂的“描述性科學”。比較好找到很多可能影響花紋的基因位點，但少有實驗室能真正用分子生物學手段，去精準地“關閉”或“開啟”某個基因，從而實錘演化機制。

蝴蝶的演化往往是跨國界、跨氣候帶的宏大敘事。中國有著得天獨厚的蝴蝶多樣性，從高海拔的絹蝶到南方的熱帶蝶類，都是研究演化規律的天然實驗室。如何更好的突破“組學描述”，直接在多個非模式物種（而非實驗室飼養幾十代的果蠅）上大規模應用CRISPR-Cas9技術來進行功能“閉環驗證”？

當然了，近年來中國科學家在蝴蝶基因組圖譜、高原環境適應（青藏高原特色）以及特有物種演化等領域，已經產出了多項具有世界級影響力的成果。上面的這個國際研究，比較清晰的展示了ivory基因周邊的非編碼區、以及“基因組倒位”這種結構變異在演化中的主導作用，這類基因組中的“暗物質”、空間架構或許是調控復雜性狀的關鍵。這一研究思路，對我國國內的昆蟲演化研究或也可供一種新的角度來參考。

中國的蝴蝶生物多樣性。攝影 ?海潮天下（Marine Biodiversity）

本文參考資料
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Yacine Ben Chehida, Eva S. M. van der Heijden, Edward Page, Patricio A. Salazar C, Neil Rosser, Kimberly Gabriela Gavilanes Córdova, Mónica Sánchez-Prado, María José Sánchez-Carvajal, Franz Chandi, Alex P. Arias-Cruz, Maya Radford, Gerardo Lamas, Chris D. Jiggins, James Mallet, Melanie McClure, Camilo Salazar, Marianne Elias, Caroline N. Bacquet, Nicola J. Nadeau, Kanchon K. Dasmahapatra, Joana I. Meier. Genetic parallelism underpins convergent mimicry coloration in Lepidoptera across 120 million years of evolution. PLOS Biology, 2026; 24 (4): e3003742 DOI: 10.1371/journal.pbio.3003742
https://www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260502233856.htm
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003742

聲明：1）本文僅代表資訊；僅供讀者參考，不代表平臺觀點。詳情請參看文末鏈接。2）本文已經開啟“快捷轉載”，歡迎微信公眾平臺轉發（直接轉即可）；3）“海潮天下”拒絕使用AI生成圖片；4）歡迎專家、讀者不吝指正、留言、賜稿！歡迎有理有據的不同意見，激發思考、百家爭鳴。

資訊源 | Ben Chehida Y, van der Heijden ESM, Page E, Salazar C PA, Rosser N, Córdova KGG, et al. (2026)

文 | 王芊佳

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年5月8日

聯系小編 | editor@oceanbiodiversity.cn

▼海潮天下·往期推薦
? 首個“全球蝴蝶指數”發布
? 50年堅持同一件事，他們用數據畫出英國蝴蝶的生存地圖
? 首次！600+英國花園實測——野草區讓蝴蝶數量激增
? 為什么蝴蝶要吃土、吸眼淚？“趨泥行為”——延續百萬年的生存策略
? 干旱中，植物也會喊“救命”！你聽不到，蛾子卻能聽到
? 從仿生到造物，中國科學家破解水下仿生軟體機器人的底層邏輯
? 歐洲昆蟲分類學家數量銳減，生物多樣性保護面臨嚴峻挑戰！《歐洲分類學家紅色名錄》預警