撰文 | Leon
责编 | 雪月
世界各地的河流和小溪边都生活着蜉蝣。蜉蝣的幼虫在水中成长，但在每年的6月左右化为成虫后，即不饮不食，交配后几个小时就结束了生命。苏轼也曾借蜉蝣发出自己的感慨：“寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。哀吾生之须臾，羡长江之无穷。”进化生物学家对蜉蝣很感兴趣，因为它们和近亲蜻蜓都属于昆虫进化早期的分支，是最原始的飞虫。
蜉蝣幼虫
蜉蝣成虫
最近Nature Communications上发表了题为Genomic adaptations to aquatic and aerial life in mayflies and the origin of insect wings的文章。通过对一种蜉蝣的基因组和转录组进行测序，研究人员不仅仅知道了水生的蜉蝣幼体如何成长为空中飞舞的成体，还对昆虫的进化有了新的见解。
“这项研究表明，一旦我们得到了一个物种的基因组信息，我们就可以开始更全面地研究它。”英国昆虫学家Craig Macadam说。
然而，从昆虫身上获得高质量的基因组信息是很困难的。科学家们需要将若干个昆虫个体的基因组综合起来分析，而每个个体的基因组都略有不同。在对蜉蝣Cloeon dipterum的基因组进行测序之前，实验者们还需要知道如何在实验室实现蜉蝣的人工养殖，以获得不同生长阶段和不同组织中的蜉蝣DNA。
这篇发表在Nature Communications上的文章描述了三个重要发现：
1. 雄性蜉蝣比雌性多了两个额外的视蛋白（opsins），使得雄性蜉蝣能够感知蓝光和紫外，但蛋白的具体功能未知。作者分析，这些蛋白也许能帮助蜉蝣更好地感知周围环境。
2. 以前人们认为，蜉蝣幼虫的鳃只用于吸收溶解氧。这篇文章指出，蜉蝣幼虫的鳃中表达大量与嗅觉和味觉有关的蛋白，有“鼻子”的功能。
3. 研究者在蜉蝣幼虫的鳃中发现了一些基因，而这些基因也在成年蜉蝣的翅膀发育过程中发挥作用。
昆虫翅膀的进化来源一直备受争议，有的研究说翅膀是体壁的延伸，有的生物学家说翅膀是由腿演化而来的。通过测定翅膀和鳃的转录组，这项研究发现，蜉蝣的鳃和翅膀有类似的基因表达模式。由于蜉蝣的鳃被认为是从腿演化而来，这项研究支持了昆虫的翅膀和鳃都是由腿进化而来的观点。美国普渡大学的昆虫学家Luke Jacobus认为，这项研究促进了学术界对昆虫翅膀起源的理解。
这篇文章第一次从基因组的水平上证明，至少部分昆虫的翅膀和鳃是从腿进化而来的。但是，这仍然是有争议的，我们还缺乏更直接的证据。
论文作者认为蜉蝣基因组的测定和这些初步发现只是一个开始，他们希望这项研究能促进更多关于蜉蝣的研究。“蜉蝣研究的潜力尚未被完全开发，研究蜉蝣有助于理解所有其他昆虫的进化规律。”
https://www.sciencemag.org/news/2020/06/insect-wings-evolved-legs-mayfly-genome-suggests
制版人：嘉
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