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2021-12-23 13:05

科学家们了解捕食者如何吃掉有毒的蝴蝶

Mo<em></em>narch Butterfly on milkweed

黑脉金斑蝶体内充满了有毒的马利筋毒素,但一些动物仍能轻易地吃掉它们。研究人员最近发现了某些食肉动物是如何安全地以这些有毒昆虫为食的。

高浓度下,马利筋是剧毒的,可以杀死羊、牛和马。帝王蝶的细胞已经进化出某些突变,这样它们就可以吃植物了。现在,研究人员发现,一些蝴蝶的捕食者也以同样的方式适应了这种蝴蝶。

他们在四种黑脉金斑蝶捕食者身上发现了类似的突变:老鼠、蠕虫、鸟类和寄生蜂。

加州大学河滨分校的进化生物学家、这项研究的负责人西蒙•“尼尔斯”•格罗恩说:“在所有这些动物中,在分子水平上同时发生进化是值得注意的。”“植物毒素导致了至少三个食物链层次的进化变化!”

十年前,格伦和他的同事们发现帝王蝶和其他以马利筋为食的昆虫体内钠泵主要部分的DNA发生了变化。钠泵对神经放电和心跳等重要的身体过程至关重要。当大多数动物吃了马利筋,这个泵就停止工作了。

他们发现泵上的三个点的DNA发生了变化,这使得帝王蝶不仅能吃到马利筋,还能在它们的体内积累马利筋毒素——心脏糖苷。储存的毒素有助于保护它们免受捕食者的攻击。

格伦和他的团队利用基因编辑技术在果蝇身上引入了同样的变化,发现它们变得像帝王蝶一样不受乳草的伤害。

“帝王蝶甚至进化出了将植物源的心苷储存在自己体内的能力,这样它们就会对许多动物产生毒性,从而可能攻击它们。因此,强心糖苷隔离可以保护帝王蝶免受捕食者和寄生虫的攻击,”格罗恩说。

“然而,有几种动物,比如黑头grosbeak,可以成功地以帝王蝶为食。我们想知道,这些帝王蝶的捕食者和寄生虫是否也进化出了钠泵的变化,可能会在一定程度上对储存在蝴蝶体内的植物衍生的心苷不敏感。”

在他们的研究中,研究人员研究了许多鸟类、黄蜂和蠕虫的DNA序列信息,这些都是帝王蝶的捕食者。他们想看看它们的钠泵是否进化出了同样的变化,使它们能够在马利筋毒素中存活下来。其中有适应能力的动物之一是黑头grosbeak,它每年在许多殖民地吃掉60%的帝王蝶。

研究结果发表在《当代生物学》杂志上。

马利筋毒药

马利筋毒素含有强心甾(强心苷)。在很低的剂量下,它们被用作心脏药物。

格罗恩解释说:“然而,即使是稍微高一点的剂量,心苷对动物来说也会变得非常有毒,很快就会致命。”“当动物摄入过多这些毒素时,它们的心脏可能会开始跳动不规则或停止,肌肉停止正常工作,大脑也会变慢。在过多的毒素到达血液之前呕吐可以挽救动物免受最坏的影响。”

研究人员认为,研究结果对教育和保护计划都有帮助。

“我们的研究结果告诉我们进化可能是如何工作的,特别是当动物在环境或饮食中遇到有毒化学物质时。除了以植物为食的动物或它们的捕食者和寄生虫可能摄入的植物产生的天然毒素外,这种情况也发生在动物可能遇到的人造杀虫剂的情况下,”格伦说。

“了解可能的进化轨迹可能有助于我们制定保护自然生物多样性和管理农业环境中的害虫的计划。”