蝴蝶是如何征服世界的:新“家谱”追溯了它们跨越全球一亿年的旅程

日期:05-22
家谱追溯一亿跨越旅程

蝴蝶是如何征服世界的:新“家谱”追溯了它们跨越全球一亿年的旅程

大孔雀锥蝶是大约7200万年前第一批到达澳大利亚的蝴蝶的后代。Credit: CSIRO Publishing, Author provided

据by Michael F. Braby, The Conversation:蝴蝶的年龄有多大,它们在哪里进化?也许更重要的是,他们是如何以及何时到达澳大利亚这个与世隔绝的大陆的?

这些简单问题的答案困扰了科学家几十年。直到最近,我们对蝴蝶是何时进化的知之甚少,关于它们起源的假说大多是有根据的猜测。

然而,近年来,一些研究表明,蝴蝶最有可能出现在恐龙统治地球的白垩纪。现在,一个国际合作组织(我是其中一员)将起源时间定位得更加精确:1.014亿年前,误差120万年。

这些早期的蝴蝶不同于它们的祖先夜间活动的飞蛾。它们在白天飞行,而不是在晚上,并且被色彩鲜艳的花朵所吸引,因为它们有丰富的花蜜。

一亿年的历史

为了得出这个结论,来自几十个国家的研究人员需要构建世界上最大的蝴蝶物种“家谱”。这棵生命之树是由代表所有蝴蝶科和92%的属的2244个物种的DNA组装而成的。

蝴蝶是如何征服世界的:新“家谱”追溯了它们跨越全球一亿年的旅程

蝴蝶物种的“家谱”是用2244个物种的DNA拼凑而成的。Credit: Kawahara et al./ Nature Ecology& Evolution, CC BY

世界上大约有19,000种蝴蝶,拼凑这个群体1亿年的历史需要汇集世界上最大的蝴蝶DNA序列、地理分布和幼虫宿主植物数据集。

分析的基础是11种罕见的蝴蝶化石,没有它们,分析是不可能的。蝴蝶很少被保存在化石记录中,而那些被保存下来的蝴蝶通常很难被识别。

这些化石充当了进化树上的校准点。一旦树被校准,研究人员就可以估计蝴蝶进化中关键事件的时间,从它们的起源开始。

北美起源

这项最新研究不仅确定了蝴蝶的年龄,还发现了蝴蝶最初的起源。通过收集所有现代物种及其产卵植物分布的数据库,科学家们能够追踪蝴蝶在时间和空间中的运动。

蝴蝶是如何征服世界的:新“家谱”追溯了它们跨越全球一亿年的旅程

摄政王斑蝶(Euschemon rafflesia)仅存于澳大利亚东海岸的雨林中,是Euschemoniinae亚科仅存的物种。Credit: MF Braby, Author provided

这项研究讲述了一个动态的故事——一个充满快速多样化、蹒跚前进和不可能分散的故事。一些群体穿越了看似不可能的遥远距离,而另一些群体似乎停留在一个地方,而大陆、山脉和河流围绕着他们移动。

根据这项最新研究,蝴蝶最早出现在北美中西部的某个地方。

在白垩纪中期,北美大陆是东劳亚的一部分,它被一条宽阔的航道一分为二。现在的墨西哥与现在的美国、加拿大和俄罗斯连成一个长长的弧形。

北美和南美还没有通过巴拿马地峡连接起来,但是蝴蝶似乎没有什么困难就穿越了水隙进入了南半球。一旦它们到达南美洲,早期的蝴蝶多样化到了惊人的程度。

从那里,许多族群不仅迁回北美,还经由南极洲分散到澳大利亚。当时,这三个大陆仍然连接在一起,形成南冈瓦纳,是超大陆冈瓦纳的残余。

蝴蝶是如何征服世界的:新“家谱”追溯了它们跨越全球一亿年的旅程

Credit: The Conversation

通往澳大利亚和世界其他地方的道路

最早经由南极洲到达澳大利亚的两个蝴蝶谱系是腔蝶亚科(锥子跳蛛蝴蝶)(大约7200万年前)和游蝶亚科(大约6500万年前)。Euschemoniinae是一群只在澳大利亚发现的蝴蝶,只包含一个仅存的物种——壮观的摄政船长(euchemon rafflesia)——限制在东海岸的雨林中。

为了到达澳大利亚,蝴蝶必须在白垩纪晚期和古近纪早期生活在南极洲,当时全球气温比今天高得多。大约3400万年前,在这两块大陆分离之前,它们可能已经穿越大陆到达了澳大利亚。

其他种类的蝴蝶在很久以后通过东南亚的岛屿进入澳大利亚。他们早些时候穿过白令大陆桥从北美到达亚洲。

从那里,他们迅速覆盖地面,传播和多样化,跨越东南亚,中东和非洲之角。他们甚至去了印度,那时印度还是一个孤岛,四周被数公里的公海隔开。

大约在1.01亿年前,蝴蝶在中美洲和北美洲定居下来,在接下来的2500万年里,它们与它们的植物宿主一起迅速多样化,最后两个家族(蝴蝶科和灰蝶科)大约在7600万年前进化。6600万年前恐龙灭绝时,所有六个现代蝴蝶家族都出现了。

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