地球上超过16万种飞蛾物种以其夜间飞行和作为强大的授粉者而闻名。现在，一些飞蛾正在为我们打开一扇进化之窗，揭示一种物种如何分化成具有不同特征的独立物种。所谓的disco基因可能是两种色彩鲜艳的飞蛾飞行模式截然不同的原因。这些发现被描述在一项于8月27日发表在《英国皇家学会 B 辑：生物科学学报》上的研究中，该研究详细阐述了该基因如何帮助调节白天或夜间的飞行。
物种分化之时
在自然界中，一个物种会随着时间推移分化成两个或多个物种。这个被称为物种形成的过程，发生在单个种群的个体地理隔离时。查尔斯·达尔文研究过的加拉帕戈斯雀是物种形成最著名的例子之一。大约13种雀分化自一个共同的祖先，当时它们的种群分布在几个岛屿上并各自独立进化。如果生物种群足够长的时间保持分离，它们最终将失去杂交能力。
对于一些飞蛾来说，它们的基因组受到了一天中活动时间的影响，而不是像海洋或山脉那样的物理屏障造成的隔离。在这项新研究中，研究团队专注于两种密切相关的飞蛾物种，它们在美国东南部有重叠的分布范围。
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玫瑰枫蛾属于Dryocampa属。它们头部和腹部上方有浓密的绒毛，带有糖果色的粉红色和黄色鳞片。雄性和雌性玫瑰枫蛾只在夜间飞行。
粉纹橡叶蛾则不那么显眼，属于Anisota属。它们拥有更朴实的芥末黄、深棕色和灰色。雌性粉纹橡叶蛾在黄昏和傍晚时分活动，而雄性则更喜欢白天飞行。
“这两种[物种]非常相似，”该研究的合著者、佛罗里达自然历史博物馆的昆虫学家 Yash Sondhi 在一份声明中说。“它们沿着这一个维度发生了分化，那就是它们飞行的时间。”
早期的研究发现，Dryocampa和Anisota大约在380万年前起源于一个物种。按进化的标准来看，这相当近期，它们之间仍然存在一些关键的异同。Anisota属中的少数几个物种白天都活跃，这与现代的雌性粉纹橡叶蛾喜欢黄昏和夜间飞行不同。夜行性的玫瑰枫蛾也是Dryocampa属中唯一已知的物种。
起初，Sondhi认为这两种飞蛾都是研究昆虫视觉如何进化以及物种何时改变其活动模式的绝佳机会。然而，事与愿违。
“我本来想寻找色觉的差异。结果我们发现了它们时钟基因的差异，现在想来这也很合理，”Sondhi说。
“报时”基因
时钟基因是控制动物和植物昼夜节律的特化基因。时钟基因产生的蛋白质的变化会使细胞在约24小时的周期内变得活跃或休眠。它们的影响还可能超出了睡眠和清醒周期。时钟基因可以影响生物体的细胞生长、血压、体温和新陈代谢，并且存在于各种各样的生物体中。
“这是一个从果蝇到哺乳动物和植物都保留下来的系统，”Sondhi说。“它们都有某种计时机制。”
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在发现这些时钟基因差异后，Sondhi比较了这两种飞蛾的转录组。转录组只包含基因组中的一部分遗传物质，并决定生物体细胞和组织中基因何时被开启或关闭。相比之下，基因组包含动物的所有DNA。这使得转录组在探索生物体一天中蛋白质水平的差异时非常有用，因为它们对这些蛋白质有更具体的信息。
Sondhi发现这两种飞蛾在许多基因的表达量上存在差异。夜行性的玫瑰枫蛾在嗅觉方面投入了更多的能量，而白天飞行的橡叶蛾则产生了更多与视觉相关的基因。
disco基因及其“锌指”
在这次分析中，另一个基因引起了特别关注——disco。disco是disconnected的缩写，在两种物种的白天和夜间都会以不同的水平表达。先前在果蝇中的研究发现，disco可以通过神经元的产生间接影响昼夜节律，这些神经元将时钟酶从大脑传递到身体。
在飞蛾样本中发现的disco基因的大小大约是果蝇中对应基因的两倍。它还拥有额外的锌指。这些是基因的活跃部分，直接与蛋白质、DNA和RNA相互作用。Sondhi认为，disco基因的变化至少部分导致了玫瑰枫蛾转向夜间飞行。
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当他将玫瑰枫蛾的disco基因与橡叶蛾的disco基因进行比较时，Sondhi发现了区分这两种基因的23个突变。这些突变也位于基因的活跃区域，因此它们也可能导致飞蛾之间一些可见的物理差异。
进一步的研究还可以帮助科学家了解基因在野外的变化方式以及物种形成在分子水平上是如何工作的。
