谁在操控生命录像带？1.2亿年前蝴蝶基因，藏着演化的预定终局

本文来源于海潮天下（Marine Biodiversity）

海潮天下·导读

如果你穿越到一亿年前，还能在那时的森林里看到和今天一模一样的蝴蝶吗？更不可思议的是，为什么上百种亲缘关系极远的蝴蝶、蛾子，会跟商量好了一样，集体穿上同一套“橙黑条纹”的制服？这种跨越亿年的“大撞衫”，究竟是进化的巧合，还是某种被刻进DNA深处的必然呢？科学家近期揭开了一个令人脊背发凉的真相——生命演化的剧本，或许早在1.2亿年前就已经写好了。

本文约3100字，阅读约8分钟

文 | 王芊佳

出品 | 海潮天下

自然界有一种奇妙的“撞衫”现象。在热带雨林里，你会发现上百种亲缘关系极远的蝴蝶和蛾子，竟然都穿着一套极其相似的“制服”——那种扎眼的橙黑条纹、或是明黄斑块。这种现象在生物学上被称为“虎纹”拟态环（tiger mimicry ring）。之所以长得这么像，是因为大家都在共享同一种“我有毒，别吃我”的警戒信号。这种跨物种的趋同演化，给了科学家一个难得的机会去观察：生命的进化究竟是随机的“涂鸦”，还是存在某种可以被预测的底层逻辑呢？

海潮天下（Marine Biodiversity）小编读到一篇最新研究，2026年4月30日，来自英国约克大学、谢菲尔德大学、厄瓜多尔基多圣弗朗西斯科大学、法国国家自然历史博物馆（ISYEB, CNRS）等科研人员构成的一个庞大的国际科研团队在《PLOS Biology》上发表的这个研究中，深入的拆解了这一现象背后的遗传架构，揭示了跨越1.2亿年演化史的惊人平行性。

这项研究对285个野外样本的全基因组测序与关联分析，重点剖析了鳞翅目（Lepidoptera）中七个物种的遗传机制。

▲上图：鳞翅目物种的系统发育关系与拟态表型分布。(A) “虎纹”子拟态环的地理分布：结合热图与地理界限，展示了黄带型、橙黑型和条纹型三种拟态模式在全球的分布范围及物种丰富度。图中蓝色背景标识了进行全基因组关联分析（GWA/QTL）的核心物种，黄色背景则为基因流分析的辅助物种。(B) 是时间校准的系统发育树，标示了本研究重点关注的8个鳞翅目物种（加粗显示），其演化分歧时间跨度巨大。论文出处： Ben Chehida Y, van der Heijden ESM, Page E, Salazar C PA, Rosser N, Córdova KGG, et al. (2026)

这些物种的演化分歧时间跨度极大，从100万年到1.2亿年不等。研究人员发现，尽管这些物种在时间长河中早已各自独立演化，但它们在调节关键颜色图案时，竟然不约而同地反复利用了同一套遗传工具箱：ivory基因与optix基因。

在对绡蝶族（Ithomiini）四个属的研究中，前翅黄色斑带的盈亏始终受控于ivory基因——这是一种靠近cortex基因的长链非编码RNA。

令人讶异的是，在分化时间达3000万年的不同物种中，控制这一特征的基因组区间精确地指向了ivory基因的第一内含子。这意味着自然选择在漫长的岁月中，精准地在同一个遗传“开关”上反复操作，以实现相同的视觉伪装效果。

▲上图：拍摄于厄瓜多尔东部的一只梅氏美纹绡蝶（Mechanitis messenoides）。摄影：Geoff Gallice

与此同时，后翅的黑色与橙色图案分布，则普遍遵循了optix基因的指挥。虽然不同物种间的调控模块存在细微差异，但，所有的关联信号最终都汇聚在optix基因的上游区域。

研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，在梅氏美纹绡蝶（Mechanitis messenoides）这一物种中验证了这些基因的功能。实验显示，敲除ivory会导致原本的黑色和橙色鳞片转变为黄色，而敲除optix则会使原本鲜艳的橙色鳞片彻底变黑。

▲上图：ivory与optix控制多物种间的趋同表型。该研究用曼哈顿图揭示了ivory与optix两个关键基因如何跨越物种界限，精准调控蝴蝶与蛾类的翅膀图案。图(A)显示，前翅黄色斑块的盈亏在多个物种中均与ivory基因组区域显著相关，特别是Chetone histrio在这一区域展现出约1 Mb的高关联倒位区间（红色线段），这与Heliconius numata已知的P1倒位（橙色线段）在位置上高度重合。图(B)则证实了后翅黑色与橙色图案的变异普遍指向optix基因及其上游调控区。这些数据强有力地证明，即便演化分歧时间长达1.2亿年，不同生物仍会通过重复利用相同的遗传“开关”来实现相似的生存策略。论文出处： 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发现源自对一种名为弄臣拟灯蛾（Chetone histrio）的昼行性蛾类的观察。

这种蛾类与其拟态对象狐眼袖蝶（Heliconius numata）在大约1.2亿年前就已经分道扬镳，但在维持复杂的颜色多态性方面，它们竟然采用了近乎复制的遗传策略。在弄臣拟灯蛾中，图案的变化由一个约1 Mb大小的基因组倒位（inversion）结构决定，这个倒位区间恰好包含了ivory基因。这种以“超级基因”（supergene）形式存在的遗传架构，与袖蝶属中的发现高度一致，甚至倒位的断点位置在基因组图谱上，也表现出了极高的重合度。

▲上图：弄臣拟灯蛾（Chetone histrio）的警戒色与形态特征。比例尺为1厘米。图源：Fiedler, Konrad, and Gunnar Brehm

这种在远缘物种间发生的架构平行演化，有力地证明了生物发育通路在时空尺度上承受着极强的遗传约束。

传统演化理论曾认为，模拟演化是由无数微效基因共同修饰的结果，但本项研究以实证数据证明，演化往往倾向于走“捷径”，即利用少数具有大效应的核心调控基因。

这种“基因重复利用”而非“等位基因共享”的模式意味着，尽管近缘物种间存在基因流，但这些精巧的拟态特征，大多还是各物种在相似的遗传位点上独立演化出来的突变。

这表明热带蝴蝶与蛾类的拟态演化路径是高度受限且可预测的。ivory与optix作为核心遗传枢纽，在跨越上亿年的尺度上保持了功能的一致性。这种遗传上的路径依赖，不仅解释了为何如此众多的物种能汇聚在同一个拟态环中，也展示了演化的必然性——由于深层的发育限制，生命的录像带无论重播多少次，在特定的生存压力下，演化往往会通向相似的终局。

他山之石·海潮观察

这个团队整合了全球范围内的资源，以“全球采样+博物馆调拨+实验室共享”的模式，将散落在世界各地的演化碎片拼凑在一起，搞定了一个包含285个样本、涵盖1.2亿年演化跨度的庞大“数据库”。比如这个作者名单里面有一个Gerardo Lamas，就是秘鲁国立圣马科斯大学自然历史博物馆的资深专家，他应该算是当今世界蝴蝶分类学领域的泰斗级人物了；作者之一James Mallet是哈佛大学的演化生物学界的顶级权威；团队阵容比较多样化。

海潮天下（Marine Biodiversity）小编注意到，这篇论文的核心亮点，多多少少在于他们拿CRISPR-Cas9技术对关键的基因做了功能验证。或许，这对我们国内的科研也是有所启发的。国内许多蝴蝶研究目前仍停留在全基因组测序、形态特征描述或种群遗传学分析阶段，即所谓的“描述性科学”。比较好找到很多可能影响花纹的基因位点，但少有实验室能真正用分子生物学手段，去精准地“关闭”或“开启”某个基因，从而实锤演化机制。

蝴蝶的演化往往是跨国界、跨气候带的宏大叙事。中国有着得天独厚的蝴蝶多样性，从高海拔的绢蝶到南方的热带蝶类，都是研究演化规律的天然实验室。如何更好的突破“组学描述”，直接在多个非模式物种（而非实验室饲养几十代的果蝇）上大规模应用CRISPR-Cas9技术来进行功能“闭环验证”？

当然了，近年来中国科学家在蝴蝶基因组图谱、高原环境适应（青藏高原特色）以及特有物种演化等领域，已经产出了多项具有世界级影响力的成果。上面的这个国际研究，比较清晰的展示了ivory基因周边的非编码区、以及“基因组倒位”这种结构变异在演化中的主导作用，这类基因组中的“暗物质”、空间架构或许是调控复杂性状的关键。这一研究思路，对我国国内的昆虫演化研究或也可供一种新的角度来参考。

中国的蝴蝶生物多样性。摄影 ©海潮天下（Marine Biodiversity）

本文参考资料
感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：
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

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

文 | 王芊佳

编辑 | 海潮君

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年5月8日

联系小编 | editor@oceanbiodiversity.cn

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