揭示達爾文“討厭之謎”的遺傳線索

長期以來，人們一直認為植物和動物傳粉者之間強大的共同進化關系是現存27.5萬種開花植物中高物種化率的潛在驅動力。大黃蜂、蜂鳥、天蛾和蝙蝠等傳粉者之間的轉變，往往與植物標本化事件同時發生。這些授粉者“公會”中的每一個都被一組不同的花卉性狀所吸引，如顏色、圖案、氣味、形狀和花蜜獎勵等，統稱為“授粉綜合征”。到目前為止，除了在一些發展中的模型系統中，參與授粉者轉變驅動的規格化的性狀的詳細遺傳學仍然不清楚。

在一項新的研究中，研究人員開始在實驗室中設計一個授粉者開關，可以反映自然界中一個新物種的起源。他們選擇了Mimulus（猴面花）科Erythranthe屬中的一個物種。他們對兩個花色基因進行了基因改變——有效地合成了一個新的Mimulus物種，其紅色色素花青素和黃色類胡蘿卜素的含量較低。這些變化是基于對自然界的觀察，大多數蜂鳥授粉的花都是紅色的，不容易被蜂鳥鷹蛾看到，因為天蛾的視覺敏感度不延伸到較長的紅光波長。而天蛾授粉的花朵通常為白色或淡色，反光性強，適應于新月體和夜行鷹蛾的探測。

研究人員用實驗室飼養的天蛾，在之前沒有接觸過花的情況下，測試了由此產生的四種顏色表型——紅色、黃色、粉色和白色——的吸引力。

與蜂鳥喜歡的祖先紅色相比，天蛾強烈偏愛“衍生”的非紅色——黃色、粉色和白色，并在實驗期間更頻繁地光顧這些淡色的花朵，總時間也更長。

研究發現，只需要研究人員設計的這兩個簡單的基因變化，就能影響天蛾傳粉者的偏好。

“我們預計天蛾會在顏色之間表現出一些偏好，但它們的偏好非常強烈，”研究第一作者、約翰-英尼斯中心的 Kelsey Byers博士說，他曾在華盛頓大學從事這項研究。“我們的研究表明，開花植物授粉綜合征的變化可以通過相對較少的基因變化進行，這進一步表明，一個新物種的起源可能只需要幾個簡單的基因變化。”她補充道。

查爾斯·達爾文曾被他所描述的各種開花植物物種的“討厭之謎”所吸引——他曾預言，擁有白色花朵和35厘米蜜刺的大彗星蘭，一定是由一種（當時未被發現的）具有35厘米探針的天蛾授粉的。正是這樣一種天蛾授粉者在他預測幾十年后被發現，證實了他的假設。

這項研究同樣啟發了人們對傳粉者轉變的植物標本化理解的前瞻性方法——利用實驗室中合成的新性狀組合進行預測和實驗檢驗。這與經典的回顧性方法形成了鮮明的對比，后者涉及比較相關植物與不同授粉者的關鍵花卉性狀的差異以及這些性狀對授粉者偏好的影響。

“我們已經證明，基于授粉綜合征和遺傳學的基本知識，可以預測走向一個新的、實驗合成的鷹蛾授粉植物物種起源的關鍵步驟。”Byers博士說。

到目前為止，實驗僅限于在實驗室中使用實驗室飼養的昆蟲，未來一個潛在的研究方向是在自然界中用野生昆蟲測試該假說，以確定一個新物種是否能在外部環境中持久存在。