摘要：本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：文 | 王芊佳上图：蝴蝶是地球上生物多样性最丰富的类群之一，它们以其绚丽多彩的翅膀、多样的形态和复杂的行为而闻名。全球已知的蝴蝶种类超过18000种，分布在除南极洲以外的所有大陆。它们在生态系统中扮演着重
本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
文 | 王芊佳
上图：蝴蝶是地球上生物多样性最丰富的类群之一，它们以其绚丽多彩的翅膀、多样的形态和复杂的行为而闻名。全球已知的蝴蝶种类超过18000种，分布在除南极洲以外的所有大陆。它们在生态系统中扮演着重要的角色，是重要的传粉者，也是食物链中的一环。蝴蝶的多样性不仅体现在物种数量上，还体现在它们的栖息地、食性和生活习性上，从热带雨林到高山草甸，从沙漠到湿地，都能看到蝴蝶的身影。它们的多样性也反映了地球上生物进化的奇妙历程。上图是蝴蝶的生物多样性科普。摄影©Linda Wong | 绿会融媒·海洋与湿地
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蝴蝶这些翩翩起舞的精灵，有着绚丽的翅膀、复杂的行为，吸引着无数科学家。在动物行为进化研究中，科学家们面临着遗传变异如何转化为神经回路改变、进而影响行为的难题，尤其在求偶行为的神经机制方面存在知识空白。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2025年3月11日，一项发表在《公共科学图书馆·生物学》上的最新研究，揭示了蝴蝶求偶行为背后的遗传、发育和神经机制，为我们理解动物行为的进化提供了新的视角。
这项研究聚焦于新热带地区的袖蝶属（Heliconius）蝴蝶，尤其是其中的环纹袖蝶（Heliconius cydno）分支。袖蝶属（学名：Heliconius，英文俗名：Longwing, Passion-flower butterfly）是蛱蝶科釉蛱蝶亚科中的一个属，它们广泛分布在美洲的热带及亚热带地区。这些蝴蝶的翅膀颜色不仅是它们躲避天敌的伪装，也是它们选择配偶的关键信号。雄性蝴蝶通常偏爱与自己翅膀颜色相同的雌性，这种偏好确保了物种的延续。不过，科学家们一直也很好奇——这种求偶偏好是如何在基因层面被调控的，又是如何通过神经系统实现的呢？
该研究团队首先利用全基因组关联分析（GWA），寻找与雄性求偶偏好相关的基因变异。他们发现，与求偶偏好关联最强的变异，都集中在控制翅膀颜色的“K”基因座附近，这与之前的研究结果相符。换句话说，控制翅膀颜色的基因，也直接影响着雄性的求偶偏好。
袖蝶属蝴蝶。摄影：Greg Hume（CC BY-SA 3.0）
【研究方法与主要发现】
基因组关联分析（GWA）
该研究团队在H. cydno斑蝶种群中进行全基因组关联分析，发现与雄性择偶偏好最强相关的遗传变异位于K基因座（K locus），该基因座已知控制翅膀颜色。这一发现支持了先前的遗传图谱研究，表明控制颜色的基因与择偶行为基因之间存在紧密的遗传连锁关系。
基因表达分析
研究人员通过RNA测序（RNA-seq）分析了发育过程中不同时间点的基因表达情况，结果显示，在GWA分析发现的关键基因区域附近，有7个基因在蝴蝶的眼睛、视觉叶（optic lobes）和中枢大脑中存在差异表达。这些基因大多参与突触连接的发育和维持，表明择偶行为可能受到视觉神经回路发育的影响。
光感受器电生理特性
研究团队发现，黄色和白色翅膀的H. cydno雄性蝴蝶在视觉系统上存在显著的生理学差异。单细胞电生理记录显示，某些紫外（UV）感受器受长波光感受器的抑制效应影响，而被抑制的紫外光感受器比例与雄性蝴蝶的翅膀颜色密切相关。这一差异可能影响初级视觉信息的处理，进而影响求偶决策。
为了进一步探究这些基因如何影响神经系统，研究人员在蝴蝶发育的不同阶段进行了RNA测序，分析了眼睛、视叶和中枢大脑中的基因表达。他们发现，在“K”基因座附近，有七个基因在白色和黄色翅膀的雄性蝴蝶中表达差异显著。这些基因大多与突触连接的发育和维持有关，这表明求偶偏好的差异可能源于视觉系统中突触连接的差异。
更令人惊讶的是，研究团队通过单细胞电生理记录，在雄性蝴蝶的视觉系统中发现了一个显著的生理差异。他们发现，一些对紫外线（UV）敏感的光感受器（PR）受到了长波长光感受器的抑制。而且，这种抑制的比例与雄性蝴蝶的翅膀颜色高度相关。黄色翅膀的雄性蝴蝶，其紫外线光感受器受到抑制的比例更高。
环纹袖蝶属的翅膀颜色模式与视觉求偶行为。(A) 环纹袖蝶复合群及其姐妹类群黑脉袖蝶。(B) 雄性求偶偏好，即雄蝶对白色雌蝶求偶的比例，每个点代表一只雄蝶的偏好，红点为平均值。(C) 袖蝶视觉系统对翅膀颜色的感知与结构，光线通过视网膜中数百个小眼进入，经过视叶多层传递至中枢大脑。(D) 眼睛由小眼组成，每个小眼包含九个光感受器（左），不同小眼类型由R1和R2细胞的视蛋白表达模式定义（右）。R1/R2轴突绕过板层（LA）直接投射到髓质（ME），而R3-8仅投射到板层，并可与R1/R2轴突形成光感受器间突触连接。(E) 白色和黄色环纹袖蝶翅膀的光谱反射率主要在紫外线区域存在差异。
这一发现表明，求偶偏好的差异可能源于视觉处理早期阶段的差异。紫外线光感受器抑制的程度，可能直接影响着雄性蝴蝶对雌性翅膀颜色的感知，进而影响它们的求偶决策。
研究人员推测，“K”基因座的基因变异，可能通过影响光感受器之间的抑制连接，从而改变雄性蝴蝶的视觉处理方式。这种改变可能使得黄色翅膀的雄性蝴蝶对黄色雌性更加敏感，而白色翅膀的雄性蝴蝶则对两种颜色的雌性都表现出相似的兴趣。
环纹袖蝶（Heliconius cydno）的腹面图。本图展示了环纹袖蝶的翅膀腹面，拍摄于中美洲圣路易斯动物园的孟山都昆虫馆。摄影：罗伯特·劳顿（2006年拍摄）
这项研究不仅揭示了蝴蝶求偶行为背后的遗传和神经机制，也为我们理解动物行为的进化提供了新的思路。它表明，外周神经系统的变化，如光感受器之间的抑制连接，可能在行为进化中发挥重要作用。结合基因组学、转录组学和神经生理学等多种方法，人类可以更深入地理解基因变异如何影响神经系统，进而影响动物的行为。
当然，这项研究也留下了一些问题。例如，究竟是哪些基因调控了光感受器之间的抑制连接？这种抑制连接是如何影响下游视觉处理的？未来的研究将需要进一步探索这些问题，以更全面地理解蝴蝶求偶行为的奥秘。
蝴蝶择偶偏好的演化涉及从基因变异到神经回路调整的多层次机制。通过结合基因组学、转录组学和神经生理学方法，该研究揭示了影响择偶行为的关键遗传位点，以及这些基因如何调控视觉神经系统的功能。感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：
VanKuren NW, Buerkle NP, Lu W, Westerman EL, Im AK, Massardo D, et al. (2025) Genetic, developmental, and neural changes underlying the evolution of butterfly mate preference. PLoS Biol 23(3): e3002989. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002989
海洋与湿地
全球环境治理·前沿
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资讯源 | PLoS Biol
编译 | 王芊佳
编辑 | Linda
排版 | 绿叶
OceanWetlands
海洋与湿地
聚焦海洋、湿地、
全球环境治理、
自然保护前沿
【引用本文】
王芊佳.蝴蝶的“一见钟情”！翅膀颜色如何谱写爱情密码？海洋与湿地.2025-03-12
全球环境治理·海湿前瞻
Mainstreaming OceanWetlands
雨后 ©摄影：Linda Wong | 绿会融媒·“海洋与湿地”
【参考资料】
Genetic, developmental, and neural changes underlying the evolution of butterfly mate preference
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002989
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002989
https://en.wikipedia.org/wiki/Heliconius_cydno
【海洋与湿地·小百科】大湾区海洋生物数字文献库（Greater Bay Area Marine Biological Digital Library, 简称GMBDL）是全国第一个以视频图鉴为特色的海洋生物数据库，始于2022年，由大鹏半岛海洋图书馆（Dapeng Peninsula Marine Library）出品。大湾区海洋生物数字文献库通过长达2000多个小时的潜水拍摄积累而成，拍摄团队历经6年时间，专注于南海北岸海域，精心记录下海洋动物在日夜不同时间的行为、雌雄不同的体色以及冬夏不同的状态，还特别记录了深圳近十年来鲸豚搁浅等海洋大事，所采用的均是高清高帧率视频，确保了影像的高质量和细节展示。该数据库由国内权威分类学专家进行定种，目前已收入407种海洋生物，且物种数量仍在持续增加，目标是在两年内达到1000种，为海洋生物研究和保护等工作提供数字化资源支持。图源：©GMBDL
来源：中国绿发会
