科学家们在有史以来观察到的最快速的进化适应例子之一中发现,萨摩亚萨瓦伊岛上的雄性蓝月蝴蝶(Hypolimnas bolina)在不到一年的10代内,对选择性杀死雄性的细菌沃尔巴克氏体产生了抗性。
一个国际研究小组今天在《科学》杂志上报道说,由于这种快速的适应,萨瓦伊岛上的雄性蝴蝶数量从2005年到2006年间,从占该岛蝴蝶总数的1%跃升至39%。
沃尔巴克氏体是许多感染蝴蝶等节肢动物并仅选择性杀死其中一个性别的细菌之一;它对另一个性别的作用是良性的。通过杀死几乎所有受感染雌性的雄性胚胎,这种选择性行为保证了所有雌性——几乎是整个种群——都受到感染,从而最大限度地扩大了细菌的传播。一些昆虫,如瓢虫,充分利用了这种困境,例如,通过生育同类相食的幼虫;一窝雌性通过吃掉死去的雄性兄弟来增加食物供应。目前尚不清楚蓝月蝴蝶是否也以某种方式利用了沃尔巴克氏体的感染,但“雌性在感染后似乎生长得更好,”伦敦大学学院的团队成员生物学家西尔万·查拉特说。
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在经历了多年的性别比例失衡之后,大约在2005年,一种抑制基因通过一种尚未知的机制被引入了萨瓦伊岛上的雌性蓝月蝴蝶体内,这使得它们的雄性后代对沃尔巴克氏体产生了抗性。在一次惊人的适者生存演示中,少数具有抗性的雄性进行了广泛的交配,而且由于抑制基因是一种显性性状,具有抗性的雄性数量激增。
幼虫种群在不到一年的时间里,从几乎全是雌性变成了性别比例均等的混合种群。2001年和2005年对萨摩亚另一个岛屿乌波卢岛的两项研究的数据显示,在中间的四年里,性别比例也出现了类似的转变,但由于它发生得如此之快,没有人及时发现。事实上,该研究得出结论,鉴于沃尔巴克氏体只是众多性别比例扭曲者之一,这种对极端种群压力的快速进化反应在自然界中可能相当普遍。
但是蝴蝶并不是唯一能够快速进化的生物。沃尔巴克氏体是否有可能反过来进化出对抑制基因的抗性,就像病原体在人类身上产生耐药性一样?“我们预测,细菌方面也可能存在遗传变异,这将恢复它们的杀死雄性的能力,并使这场军备竞赛继续下去,”查拉特说。该团队目前正在努力回答这个问题和其他问题,其中包括寻找抑制突变的起源。