乘上基因“列車”

蝶類是目前記錄中分布海拔最高的昆蟲類別之一，有些種群的活動范圍甚至延伸到了五六千米的冰川。青藏高原之上，絹蝶正“環抱”雪線，振翅飛舞，薄絹般的翅膀涂抹的是冰雪的顏色。在它們體內，隱藏著解開地質變遷和生物演化謎題的“鑰匙”。

于高原振翅

絹蝶屬，隸屬于鳳蝶科絹蝶亞科，廣泛分布于歐亞大陸及北美洲，約50余種。其中，我國分布30余種，是名副其實的“絹蝶大國”。

約6500萬年前的新生代初期，印度板塊和歐亞板塊兩個大陸板塊開始碰撞，這一漫長的碰撞奠定了現代地貌的格局，而絹蝶屬物種的形成、演化，也與該過程密切相關。

板塊相互作用使得青藏高原不斷隆升，這是一個劇烈的地質環境變化過程，在這一背景下，中新世早期（距今約2000萬～1300萬年），絹蝶屬蝶類開始出現。

隨后，由于高山山脈大規模抬升、氣候環境變化等原因，它們又迅速輻射（指一些動植物種群在某一時期快速演化、新物種爆發式增加）至整個北半球的高原，并逐漸適應了高寒、低氧、強紫外線的極端環境。

正是由于這一漫長而獨特的演化史，絹蝶屬物種被認為是非常理想的研究對象，對探索地球環境變遷和生物演化歷程具有重要意義。

飛越名山大川

絕大部分絹蝶屬物種生活在高海拔的山區，但在第四紀（新生代最新的一個紀，約從260萬年前開始），地球上曾多次出現冰期和間冰期的氣候交替，部分物種便在這期間，經西北地區較高海拔的山地向華中、華北、華東等地區較低海拔的山地擴散。

其中，冰清絹蝶是絹蝶屬中唯一起源于青藏高原，后又擴散至中東部乃至江南低海拔地區（如南京紫金山、浙江天目山）的物種。

冰清絹蝶成蟲翅展約6～7厘米，翅為白色，呈半透明狀，翅脈則是灰黑褐色，飛翔姿態柔美、優雅，讓人如夢似幻。它每年只會產育一代，發育要經歷卵、幼蟲、蛹和成蟲4個時期。成蟲通常會在5～6月產卵（比高海拔分布的其他絹蝶物種提前1～2個月），卵產于地面的枯枝、枯葉和枯草上，第2年的3～4月開始孵化。幼蟲會生活在紫堇屬的延胡索、小藥八旦子等植物身上，直至成蛹、羽化。

走出青藏高原

我們對冰清絹蝶進行Denovo基因組測序（也被稱為從頭測序，指不依賴參考基因組，直接從樣本DNA中提取并測定堿基序列，這種方式能夠分析那些未知或未被全面研究的生物），獲得了其基因組數據，大小約為1.35×109 堿基對（1.35Gb）。

通過與其他絹蝶屬物種以及冰清絹蝶不同海拔、不同群體、不同個體的基因組信息進行對比分析，我們發現，轉座子（一類可移動的、獨立的遺傳因子，可以從基因組的一個位置“跳”到另一個位子，并對其后的基因起調控作用，此過程被稱為轉座，這段序列則被稱為跳躍基因或轉座子）在冰清絹蝶走出青藏高原、適應局部環境中起著重要的作用。

轉座子“工廠”

中新世中期，絹蝶屬的祖先已經適應了高原的極端環境。中新世后期（約590萬年前），冰清絹蝶和其近緣物種珍珠絹蝶（Parnassius orleans）（通常分布在青藏高原3500米以上的高海拔地區）的共同祖先開始出現分化。

更新世中后期（約23萬年前），冰清絹蝶形成并分化，逐漸向中國中部和東部2000米以下的低海拔區域擴散，形成了許多不同地理分布的群體。

為了適應這一過程，它們的基因組被轉座子驅動著，快速地進化、重新組合。由于內部包含大量轉座子，冰清絹蝶的基因組遠遠比許多其他蝶類（如碧鳳蝶Papilio bianor）的基因組要龐大。

由于轉座子不斷“活動”，冰清絹蝶基因組中的少數基因家族，形成了大量的假基因（基因組中存在的一段與正常基因非常相似的DNA序列），其中，部分假基因已經可以重新形成新的功能基因，并發生群體特異性分化，而這也為冰清絹蝶適應多樣化的棲息地環境提供了更多遺傳物質的儲備。

勇敢地“變身”

在冰清絹蝶“走”出青藏高原的過程中，為了適應較低海拔環境中嶄新的寄主植物、多樣的蜜源植物、多種病原菌和其他天敵等，它們的形態、生理、生活習性上相應地發生了變化，如體形變大、體色變淡、成蟲羽化的時間提前。

在冰清絹蝶的基因組中，我們發現了大量具有選擇性信號的基因，顯著地富集到了與抗氧化、生長發育、免疫反應等相關的代謝通路上，這可能幫助它們更好地應對低海拔的棲息地。

蝴蝶扇動翅膀，撥動的是地球歷史的琴弦。細微之處，正能窺見滄海桑田。

（責任編輯 / 牛一名 美術編輯 / 周游）