雌性燕尾蝶做了许多蝴蝶做生存的事情：它们模仿对捕食者有毒的其他物种的翅膀图案，形状和颜色。一些 - 但不是全部 - 燕尾物种已经进化出了这种特性的几种不同形式。但是什么样的遗传变化导致了这些不同的伪装，为什么当模仿提供明显的进化优势时，一些物种会保持一种不加掩饰的形式呢?

本周在自然通讯杂志发表的一项新研究中，芝加哥大学的科学家们分析了一组燕尾种的遗传数据，以了解模仿的时间和方式，以及从那以后推动这些变化的因素。这是一个大约在两百万年前开始的故事，但不是稳定的，渐进的变化，一次机会遗传转换帮助创造了第一个燕尾模仿。从那时起它就一直存在。

“在具有单色图案的蝴蝶中，我们在染色体上有一个正常方向的基因。在具有不寻常的交替颜色模式的蝴蝶中，该基因被拼接，翻转，然后在某些时候拼接回染色体， “来自UChicago的生态学和进化学副教授，该研究的资深作者Marcus Kronforst博士说。

“如果这两种不同的蝴蝶交配，这种翻转或倒置会使这两个基因保持重组，因此它们在进化时间内保留了基因的两个拷贝，因为它们在两百万年前从它们的共同祖先中分离出来，”Kronforst说过。

很长一段时间，科学家认为蝴蝶模仿是由“超基因”控制的，这些基因是几个紧密相连的基因，它们总是作为一个群体继承。在2014年的一项研究中，Kronforst和他的同事们展示了一个似乎是超基因的实际上是一个名为doublesex的基因，它控制着我们在雌性燕尾中看到的不同颜色模式和形状。

doublesex基因因其在区分性别中的作用而闻名，但在女性中，倒置或翻转版本也决定了翼型。它仍然可以被认为是一个超基因，因为它控制着整个复杂的机翼图案化过程，但在这种情况下，它只是单个基因。

在由博士后研究员Wei Zhang博士领导的新研究中，研究小组分析了Papilio polytes，亚洲燕尾蝶和几个相似物种的全基因组序列数据，看看它们是如何相互关联的，以及它们的副本如何doublesex比较。利用这些数据，该团队比较了模仿起源的一些替代解释，并确定了长期保持不同形态模仿的关键因素。

P. polytes组最密切相关的物种，称为Papilio protenor，从印度传播到整个亚洲大陆，并没有发展模仿 - 男性和女性看起来都很相似。从大陆传播到菲律宾和印度尼西亚岛屿的其他物种发展出三种或四种不同的形式，这种特征称为多态性。还有其他燕尾种进一步蔓延到巴布亚新几内亚和澳大利亚东北海岸，但这些雌性只展示了一种伪装的翅膀图案。

研究人员将他们在基因组序列数据中看到的模式与这些模仿模式随时间和地理发展的可能解释进行了比较。模仿是否在不同时间点在不同物种中独立进化?它是在一个物种中进化，然后通过杂交或杂交传播的吗?

似乎模仿实际上只有一个古老的起源，当doublesex基因在200万年前翻转时。从最初的倒置开始，张和Kronforst确实看到了所谓的平衡选择的迹象。当一种蝴蝶变得更加普遍时，掠食者意识到它们没有毒性并开始以它们为食。这减少了特定蝴蝶的数量，直到另一个变得更常见，等等。最终，此过程会平衡并保留每个表单的相对数量。

他们还看到一些蝴蝶种群数百万年来一直保持着多种雌性形态，而另一些则失去了原始的，不加掩饰的形式。从历史上看，最小的群体 - 例如传播到澳大利亚最远的群体 - 失去了多态性，允许随机遗传漂移和自然选择来清除原始形式。

研究人员还研究了随着时间推移保持多态性的因素。一个原因可能是性选择，男性喜欢某些女性颜色模式而不是另一个。之前关于交配行为的研究并未支持这一想法。另一种可能性是“隐秘”，或者说未加掩饰的女性比模仿者更好地融入自然环境。Kronforst和团队通过使用捕食者(即鸟)视觉模型比较模拟和非模仿女性与绿色森林背景来测试该假设。非模仿的，毫无掩饰的女性实际上并不仅仅是模仿背景，所以这个想法也是如此。

这两项研究结果与基因组序列数据相结合，使研究人员开始考虑另一种有趣的可能性。可能是导致模仿的遗传变化也构成了一些长期的劣势。当原来的doublesex基因倒置时，它可能带有一堆其他不相关的遗传物质。由于翻转的doublesex基因不能与其原始版本重新组合，因此额外的东西从此“搭便车” - 它可能会产生后果。事实上，一些研究表明，女性模仿不像标准模仿那样长寿。

“我们认为当基因的一个副本翻转并成为模仿副本时，偶然会捕获到一堆差异。因为很多这些变化都是功能性的，它们可能对健康有害，”Kronforst说。

他说：“我们的想法是，你有这种模拟的不利条件。标准的女性没有模仿的保护，但它们也没有这种固有的遗传成本，这两种情况相互抵消。”

现在，他们已经揭开了模仿进化背后的一些历史，Kronforst说他的团队想要开始寻找导致不同类型模仿的doublesex的特定基因突变。

他说：“如果我们能找到解决我们所看到的所有差异的方法，我们应该能够将其缩小到比我们现在所看到的所有差异更为分散的范围。”

这项研究“跟踪蝴蝶中超基因模仿的起源和进化”得到了芝加哥大学Neubauer研究基金，皮尤生物医学学者奖学金，国家科学基金会和国立卫生研究院的支持。其他作者包括阿肯色大学的Erica Westerman，以及芝加哥大学的Eyal Nitzany和Stephanie Palmer。