中大新聞網(wǎng)訊（通訊員梁丹）絹蝶是一種生活在高海拔山區(qū)的蝴蝶，以其翅膀形狀酷似半透明的薄絹而得名。其潔白色翅膀上常綴有亮紅色、橙色、藍(lán)色的圓斑（見圖1），外觀典雅高貴。絹蝶隸屬于鳳蝶科、絹蝶亞科、絹蝶屬，廣泛分布于歐亞大陸及北美洲，包括55種。該類群中許多物種如君主絹蝶和阿波羅絹蝶都是國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。絹蝶屬內(nèi)的大部分物種能夠適應(yīng)寒冷和高海拔的山地環(huán)境，有些物種活動(dòng)的最高極限可達(dá)海拔6000米。因此，它們被譽(yù)為“雪線上飛舞的精靈”，是研究昆蟲高海拔適應(yīng)的良好模型。雖然絹蝶屬是一個(gè)典型的高海拔分布類群，但其中也有少數(shù)物種生活在低海拔地區(qū)。學(xué)界對于該屬的起源存在爭議，一說是起源于高海拔環(huán)境，隨后部分物種逐漸往低海拔地區(qū)遷移，另一說是起源于低海拔環(huán)境，隨后逐漸適應(yīng)高海拔山區(qū)。此外，絹蝶物種的幼蟲以許多不同科的植物為食，而且大多數(shù)種類是專食性的。絹蝶物種與其植物宿主的共同演化過程以及與其物種多樣性分化的關(guān)系也是值得研究的問題。一個(gè)穩(wěn)健的絹蝶物種系統(tǒng)進(jìn)化框架是開展相關(guān)研究的基礎(chǔ)，然而以往研究重建的絹蝶物種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系相當(dāng)不穩(wěn)定，一些重要的節(jié)點(diǎn)，特別是基部支系仍有爭議。
圖1 絹蝶野外照片
為了厘清絹蝶屬物種的系統(tǒng)進(jìn)化歷史，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張鵬教授與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)王厚帥副教授團(tuán)隊(duì)通過長期系統(tǒng)的野外考察與館藏標(biāo)本交換，收集了大量珍貴的絹蝶屬樣品，覆蓋了絹蝶屬目前已知的75%的物種。研究團(tuán)隊(duì)利用張鵬教授最新開發(fā)的擴(kuò)增子雜交捕獲技術(shù)，克服了蝴蝶干標(biāo)本DNA降解嚴(yán)重的技術(shù)難題，測定了絹蝶物種的144個(gè)核基因編碼序列和全長線粒體基因組序列，利用系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究手段可靠解析了絹蝶屬物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，確定了絹蝶8個(gè)亞屬間的系統(tǒng)位置，發(fā)現(xiàn)分布于蒙古地區(qū)的Sachaia亞屬是絹蝶中最早分化出來的類群（圖2）。
圖2 絹蝶屬的分化時(shí)間和生物地理歷史重建
研究發(fā)現(xiàn)，絹蝶的祖先在約1320萬年前起源于青藏高原與蒙古高原的聯(lián)合區(qū)域，屬于中等海拔地區(qū) (2000-4000 m)，以罌粟科植物為食，絕大部分絹蝶屬物種的分化發(fā)生在青藏高原地區(qū)，說明青藏高原不但是絹蝶物種的起源地，也是其“進(jìn)化的搖籃”（圖3）。結(jié)合古氣候變化情況，研究者推測是中新世中期的全球變暖期（發(fā)生在1700萬年前 - 1500萬年前之間，比今天的平均溫度高出4到5攝氏度）促使喜冷的絹蝶祖先遷移至蒙古高原和青藏高原地區(qū)，冷涼的蒙古高原和高海拔的青藏高原在氣候變暖時(shí)期為絹蝶祖先提供了冷氣候避難所，隨后的中新世中期全球變冷事件（開始于約1390萬年前）為適應(yīng)寒冷的絹蝶向外擴(kuò)散及多樣化提供了氣候機(jī)會(huì)。值得一提的是，基因分析結(jié)果表明，絹蝶亞屬（Parnassius）作為絹蝶屬內(nèi)物種最多的亞屬，其物種多樣性產(chǎn)生的關(guān)鍵在于其植物寄主從罌粟科向景天科的轉(zhuǎn)變。對新寄主植物的適應(yīng)促進(jìn)了絹蝶亞屬物種多樣性的爆發(fā)，符合經(jīng)典的 “escape and radiate” 進(jìn)化假說。
圖3 絹蝶海拔分布(a)和寄主植物(b)演化圖
該工作為絹蝶的分類學(xué)研究提供了大量有價(jià)值的核基因和線粒體基因組數(shù)據(jù)，為絹蝶的進(jìn)化和生態(tài)學(xué)研究提供了一個(gè)可靠的系統(tǒng)發(fā)育框架，也為我們了解高山蝶類的起源、海拔適應(yīng)和寄主植物演化以及多樣性形成過程提供了新視角。
近日，該成果以 “Amplicon capture phylogenomics provides new insights into the phylogeny and evolution of alpine Parnassius butterflies (Lepidoptera: Papilionidae)” 為題發(fā)表在國際昆蟲系統(tǒng)學(xué)的權(quán)威期刊Systematic Entomology 上。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為第一作者單位。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。
