生命演化的“蝴蝶效應”

樊漓

“實驗室的tour（游覽）是這樣的：先看這里有代表性的蝴蝶標本，看完可以對我們的研究有初步了解;然后去看我們培養的枯葉蛺蝶和大蟻蛛（模擬螞蟻形態的蜘蛛），了解它們的生活史，避免認知上的偏差。”一進張蔚辦公室，她就開始熟絡地講解。據她介紹，每年來實驗室參觀的人數近千，她也很希望讓更多人通過她的研究，對世界產生一些新的認知。

張蔚的研究重點之一，通俗地講是通過蝴蝶翅膀圖案來研究生物演化。“我們團隊成員經常初春后就開始去野外，一直到秋冬季節以后，再集中處理樣本和分析數據。田野工作除了采樣，還要觀察它們與系統中其他物種的相互作用，才能對生活史有更清楚的認知。”張蔚語速極快地講述了她工作中，大家熟悉的經典昆蟲研究部分，當然，他們目前所做的遠不止這些。

“枯葉蝶翅膀腹面模擬樹葉，令其不容易被發現。究竟是那些基因控制了這些呢？并且這些‘枯葉，有些有類似霉斑的圖案，有些有水浸的痕跡，這些不同讓它們的偽裝更真實，這些差異又是從哪來的呢？”張蔚拿著辦公室的標本講解。一個物種在演化過程中，通過模仿另一個物種來欺騙或警戒掠食者，并最終獲益的現象被稱作擬態。張蔚課題組的重心之一是研究擬態的起源和遺傳機制。“擬態是一個經典的演化問題，在十九世紀就已經被達爾文和華萊士所關注，但是至今對它的起源和遺傳機制仍然所知甚少。”張蔚也對此十分好奇，“我們團隊現在做的是整合各種新型手段，多組學、大數據、人工智能，這些聽起來很‘高大上的詞都是我們真正使用的工具。我們應用這樣一些微觀的研究手段開展基因組層面的研究，來解決傳統演化生態的宏觀問題，”說這些時，張蔚語氣頗為自豪。

在研究的過程中，她發現有些蝴蝶物種種群數量在下降，“現在可以通過群體基因組學的研究方法來推斷一個物種種群當下的規模和其演化歷史。我們的研究是有證據的，讓大家明確認識到現時的情況，更理性地看待保護生物多樣性（包括物種多樣性、遺傳多樣性、生態系統多樣性）這件事。有些人會說在實驗室培養物種以后進行野放，但這還不是一種普適的解決方案。我們熟悉的玉帶鳳蝶，它的雌性有擬態和非擬態等多種不同花紋，這就是在長期的演化過程中形成的遺傳多樣性。實驗室培養出的個體通常難以維持較高的遺傳多樣性、有效種群較小，因此更大程度上會受到選擇、遺傳漂變等多種因素的影響，即使放歸自然環境很可能因為某些原因被‘一網打盡了。”生物演化沒有方向，但是自然選擇是有方向的，不同的物種在生態系統中實現了動態平衡。“如果蜜蜂滅絕了，會對人類的生活產生巨大的影響。生物多樣性就是這樣，很多你以為很遙遠的事情，其實真真切切影響當下的生活，”保護生物多樣性就是眼前要做的事，“通過對生物遺傳信息的分析，看一個物種以前是什么樣、將來會是什么樣，生物多樣性是怎么來的，這些問題都是我們通過現在的研究可以探討的了。”從基因出發，探索物種的適應性演化、生物多樣性怎樣產生、物種又是怎樣形成的等問題，是她試圖解決問題的角度。

選擇蝴蝶作為關注重點并非被其絢爛的外表所吸引。“蝴蝶受大眾歡迎，所以早期關于它的文字記錄和實驗研究就比較多;另一方面，蝴蝶翅膀的結構相對簡單，但承載著復雜的功能，它的花紋可以傳遞很多信息。”選擇領域內相對“冷門”的生物進行研究，因為“非模式生物在基礎研究水平發展到一定程度后，可以用以提出和解決更多有意思的問題，”在張蔚看來，現在就是這個時候了。她稱自己為研究演化的人，一路走來，她在生命科學領域很多方面都有過涉足，直到停在了生物演化方向。“現在可以采取各種手段來破解很多從我們‘祖師爺時代就提出的經典問題，對我來說，這就是對的時間做對的事。生而逢時挺好的。”

張蔚，北京大學生命科學學院、 北大-清華生命科學聯合中心研究員，博士生導師。