“迪斯科”基因可以帮助飞蛾辨别时间

“迪斯科”基因可以帮助飞蛾辨别时间

地球上有超过 16 万种蛾类,它们以夜间飞行和强大的传粉能力而闻名。现在,一些蛾类正在打开一扇进化之窗,让我们了解一个物种如何分化​​为具有不同特征的不同物种。所谓的迪斯科基因可能是两种色彩鲜艳的蛾类飞行模式截然不同的原因。这项研究于 8 月 27 日发表在《皇家学会学报 B:生物科学》杂志上,详细描述了这种基因如何帮助调节白天或夜间的飞行。

当物种分化时

在自然界中,一个物种可以随着时间的推移分化成两个或更多物种。当一个种群中的个体在地理上被隔离时,就会发生这一被称为物种形成的过程。查尔斯·达尔文研究的加拉帕戈斯群岛的雀类是物种形成最著名的例子之一。当雀类的种群分散在几个岛屿上并分别进化时,大约有 13 种雀类从同一个祖先分化出来。如果生物种群分离的时间足够长,它们最终将失去杂交的能力。

对于某些蛾类而言,它们的基因会受到一天中它们最活跃的时间的影响,而不是受到海洋或山脉等物理障碍的影响。在这项新研究中,研究小组重点研究了两种密切相关的蛾类,它们分布在美国东南部重叠的区域。

[相关:飞蛾用自己的声音与回声定位的蝙蝠作斗争。]

玫瑰枫蛾属于Dryocampa属。它们的头部和腹部上方长有浓密蓬松的鬃毛,鳞片呈糖果色,呈粉红色和黄色。雄性和雌性玫瑰枫蛾只在夜间飞行。

粉红条纹橡树虫蛾稍微不那么显眼,属于Anisota属。它们的颜色更偏向泥土色调,有芥末黄、深棕色和灰色。雌性粉红条纹橡树虫蛾在黄昏和傍晚时分活跃,而雄性则喜欢在白天飞行。

“这两个物种非常相似,”研究报告的共同作者、佛罗里达自然历史博物馆昆虫学家 Yash Sondhi 在一份声明中说。“它们沿着这一轴线进行了区分,也就是飞行。”

早期研究发现 DryocampaAnisota都起源于大约 380 万年前的一个物种。按照进化的标准,这已经是相当近的了,它们之间仍然存在一些关键的差异和相似之处。Anisota 属中的少数物种都在白天活动,而现代雌性粉红条纹橡树蛾则喜欢黄昏和夜间飞行。夜间活动的玫瑰枫蛾也是Dryocampa属中唯一已知的物种。

正如其名称所暗示的那样,玫瑰枫蛾经常使用枫树作为寄主植物。来源:Jeremy Squire。

最初,Sondhi 认为这两种蛾子都是一个很好的机会,可以探索昆虫视觉的进化过程以及物种活动模式的改变。然而,这并没有实现。

“我试图寻找色觉的差异。结果我们发现了它们的生物钟基因存在差异,事后看来,这是有道理的,”Sondhi 说道。

“告诉时间”的基因

生物钟基因是控制动物和植物昼夜节律的特化基因。生物钟基因产生的蛋白质变化使细胞在约 24 小时内处于活跃或休眠状态。它们的影响范围不仅限于睡眠和清醒周期。生物钟基因可以影响生物体的细胞生长、血压、体温和新陈代谢,并且存在于各种生物体中。

“从果蝇到哺乳动物和植物,所有生物都保留了这种系统,”Sondhi 说。“它们都有某种计时机制。”

[相关:我们的昼夜节律背后的科学,以及时间变化为何会扰乱昼夜节律。]

在发现它们的生物钟基因存在这些差异后,Sondhi 对这两种蛾的转录组进行了比较。转录组仅包含一组遗传物质,并决定基因在生物体细胞和组织中何时何地开启或关闭。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全天蛋白质水平差异时很有用,因为它们包含有关这些蛋白质的更具体信息。

Sondhi 发现两种蛾类中都存在一些基因表达量不同的现象。夜间活动的枫叶蛾在嗅觉方面投入了更多的精力,而白天活动的橡树蛾则产生了更多与视觉相关的基因。

迪斯科基因及其“锌指”

在这次分析中,还有一个基因脱颖而出——迪斯科迪斯科断开连接的缩写,在两个物种中,它在白天和夜间的表达水平不同。之前对果蝇的研究发现,迪斯科可以通过产生将时钟酶从大脑发送到身体的神经元来间接影响昼夜节律。

在蛾类样本中发现的迪斯科基因大约是果蝇基因的两倍。它还具有额外的锌指。这些是基因的活性部分,可直接与蛋白质、DNA 和 RNA 相互作用。Sondhi 认为,迪斯科基因的变化至少是玫瑰枫蛾转向夜间飞行的部分原因。

[相关:为什么人造光和进化会诱捕飞蛾。]

当 Sondhi 将玫瑰枫蛾的迪斯科基因与橡树虫的迪斯科基因进行比较时,他发现了 23 个突变,将两者区分开来。这些突变也位于基因的活性部分,因此它们也可能是造成蛾类之间某些可见身体差异的原因。

进一步的研究还可以帮助科学家了解基因在野生环境中的变化方式以及物种形成在分子水平上的方式。

<<:  我们的害虫防治正在杀死蜜蜂

>>:  深海奇观的新图像令人惊讶地可爱

推荐阅读

这个机器人种植耐热珊瑚以拯救濒危珊瑚礁

LarvalBot 正在行动。大堡礁基金会,摄影师 Gary Cranitch,昆士兰博物馆气候变化...

《泡泡糖危机 ADPOLICE 另一个故事:疯狂犯罪调查档案》评论

《泡泡糖危机的另一个故事:AD警察-疯狂气候入侵档案》的吸引力与评价泡泡糖危机的另一个故事:ADIP...

用醋种植植物可以帮助它们度过干旱

在干旱条件下经过 14 天后,只有用乙酸处理的植物(中间一列)存活下来。RIKEN随着气候变化威胁的...

《英雄本色》的魅力与评价:不容错过的动漫体验

英雄 Herokun - 英雄 Herokun概述《英雄英雄君》是根据神谷贵宏的原作漫画改编的电视动...

美国西部气候变化可能意味着更多携带瘟疫的动物

每年,有少数美国人感染鼠疫。这种由鼠疫耶尔森菌引起的疾病于 20 世纪初传入北美,并在亚利桑那州、新...

《你居住的小镇》的魅力与评价:透彻解读动人的故事和人物的深度

《你居住的小镇-我们来到的小镇》的魅力与评价《你居住的小镇:我们来自的小镇》是根据濑尾光司的人气漫画...

《魔奇少年》评论:探索魔法迷宫的冒险魅力

《魔奇少年》:一部融合宏大冒险与深刻主题的奇幻小说《Magi:魔法迷宫》是一部电视动画,改编自大高忍...

计算机模型显示核战争后地球究竟会发生什么

你已经看到了电影制片人和小说家想象中的核冬天。现在你可以看看科学家们怎么说。在一项新研究中,一个由四...

本周我们了解到的最奇怪的事情:热气球骚乱和食人老虎

本周你学到的最奇怪的事情是什么?好吧,不管是什么,我们保证如果你听 PopSci 的热门播客,你会得...

彻底解析【奥多!】的魅力与进化错别字][第二季]!

《Odore!Typo》第二季的号召力与评价《Odore!Typo》第二季是一部电视动画,于 20...

如何从零开始制作陶器

我最近告诉祖父,我正在从零开始制作陶罐。不是在课堂上,也不是用商店买来的粘土或窑炉。而是直接从河里挖...

如何制造达芬奇发明的蒸汽大炮

列奥纳多·达·芬奇,现代人最熟悉的人物是艺术家和文艺复兴时期的人物,但实际上他以军事工程师的身份谋生...

堆肥厕所如何工作?抛弃冲水。

堆肥厕所越来越受欢迎是有原因的——它们环保、经济高效,非常适合偏远或移动地点。这些厕所提供了一种可持...

十种可以吃的野草

这个故事最初刊登在 Saveur 上。曾经有一段时间,只有在城市或乡村荒野中穿越灌木丛时,你才有可能...

小狗天生就具备与人交流的准备

“嗨,小狗!你是一只乖巧的小狗吗?没错,你是。哇,看你多可爱。看看这些大眼睛和松软的耳朵。你真是一只...