Science重要发现：令人惊奇的不谋而合

　　

生物通报道  在近期发布在Science杂志上的一项研究中，科学家们惊讶地发现不同种类的甲虫、蚜虫、蝴蝶和蛾各自平行独立地获得了相同的遗传改变，这些改变使得它们能够食用剧毒植物，并利用这些毒素来保护自己抵御捕食者。

讨论中的毒素称之为强心甾，包括帝王蝶（monarch butterfly）幼虫的主食马利筋（milkweed）在内的几种植物都可生成这种毒素。这种毒素可以结合并使所有复杂动物共有的一种蛋白质失活，这种蛋白是传递神经冲动和其他关键功能的必要条件。

论文的资深作者、普林斯顿大学生物学家Peter Andolfatto说对所有动物有毒是植物一种很好的防御机制。但这些昆虫确实令人惊异。超过20多个物种独立地获得了相同基因的突变。这些突变使得昆虫生成了毒素无法影响的其他版本。

有许多的昆虫是以一种微妙的方式通过建立这一基因的双重拷贝来形成抗性。

Andolfatto 说：“现在它们可以参与完全不同的游戏。它们使一个拷贝基本上维持不变，而抓住另外一个拷贝，开始探索一些新进化途径。”这些具有重复基因的昆虫最终会形成一种抗性形式和一种脆弱形式。

随后这些昆虫会完成其他的进化把戏。昆虫这一基因附近部分会经受改变，调整在身体的各个部分基因两个不同拷贝激活的方式。

这一改变的抗毒素基因在肠中较为活跃，因为肠细胞必须要直接地处理化学攻击。而在脑部，原始的更脆弱的基因更为活跃，Andolfatto说或许是因为蛋白质的原始版本在此处更为有效。

Aldolfatto说进化将三种不同的方法结合到一起解决了一个问题。而这些改变在完全不同物种的一个平行轨道上发生。

他怎么知道这些适应性改变不是一次在一个共同的祖先进化而来？Andolfatto说这些他们研究的食毒昆虫关系非常的远，大约3亿年前就发生了分离。它们都具有关系更近却无法耐受这种毒素的近亲。

近期发表在PNAS杂志上一项研究也获得了相似的结果。

芝加哥大学进化生物学家Marcus Kronforst说：“这些都是很好的论文，描述了一个惊人的趋同进化的例子。你可以看到所有这些关系极远的昆虫独立地进化至相同的选择压力——以相同的方式解决了这一问题。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Parallel Molecular Evolution in an Herbivore Community

Numerous insects have independently evolved the ability to feed on plants that produce toxic secondary compounds called cardenolides and can sequester these compounds for use in their defense. We surveyed the protein target for cardenolides, the alpha subunit of the sodium pump, Na+,K+-ATPase (ATPα), in 14 species that feed on cardenolide-producing plants and 15 outgroups spanning three insect orders. Despite the large number of potential targets for modulating cardenolide sensitivity, amino acid substitutions associated with host-plant specialization are highly clustered, with many parallel substitutions. Additionally, we document four independent duplications of ATPα with convergent tissue-specific expression patterns. We find that unique substitutions are disproportionately associated with recent duplications relative to parallel substitutions. Together, these findings support the hypothesis that adaptation tends to take evolutionary paths that minimize negative pleiotropy.