生命演化的“蝴蝶效应”

樊漓

“实验室的tour（游览）是这样的：先看这里有代表性的蝴蝶标本，看完可以对我们的研究有初步了解;然后去看我们培养的枯叶蛱蝶和大蚁蛛（模拟蚂蚁形态的蜘蛛），了解它们的生活史，避免认知上的偏差。”一进张蔚办公室，她就开始熟络地讲解。据她介绍，每年来实验室参观的人数近千，她也很希望让更多人通过她的研究，对世界产生一些新的认知。

张蔚的研究重点之一，通俗地讲是通过蝴蝶翅膀图案来研究生物演化。“我们团队成员经常初春后就开始去野外，一直到秋冬季节以后，再集中处理样本和分析数据。田野工作除了采样，还要观察它们与系统中其他物种的相互作用，才能对生活史有更清楚的认知。”张蔚语速极快地讲述了她工作中，大家熟悉的經典昆虫研究部分，当然，他们目前所做的远不止这些。

“枯叶蝶翅膀腹面模拟树叶，令其不容易被发现。究竟是那些基因控制了这些呢？并且这些‘枯叶，有些有类似霉斑的图案，有些有水浸的痕迹，这些不同让它们的伪装更真实，这些差异又是从哪来的呢？”张蔚拿着办公室的标本讲解。一个物种在演化过程中，通过模仿另一个物种来欺骗或警戒掠食者，并最终获益的现象被称作拟态。张蔚课题组的重心之一是研究拟态的起源和遗传机制。“拟态是一个经典的演化问题，在十九世纪就已经被达尔文和华莱士所关注，但是至今对它的起源和遗传机制仍然所知甚少。”张蔚也对此十分好奇，“我们团队现在做的是整合各种新型手段，多组学、大数据、人工智能，这些听起来很‘高大上的词都是我们真正使用的工具。我们应用这样一些微观的研究手段开展基因组层面的研究，来解决传统演化生态的宏观问题，”说这些时，张蔚语气颇为自豪。

在研究的过程中，她发现有些蝴蝶物种种群数量在下降，“现在可以通过群体基因组学的研究方法来推断一个物种种群当下的规模和其演化历史。我们的研究是有证据的，让大家明确认识到现时的情况，更理性地看待保护生物多样性（包括物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性）这件事。有些人会说在实验室培养物种以后进行野放，但这还不是一种普适的解决方案。我们熟悉的玉带凤蝶，它的雌性有拟态和非拟态等多种不同花纹，这就是在长期的演化过程中形成的遗传多样性。实验室培养出的个体通常难以维持较高的遗传多样性、有效种群较小，因此更大程度上会受到选择、遗传漂变等多种因素的影响，即使放归自然环境很可能因为某些原因被‘一网打尽了。”生物演化没有方向，但是自然选择是有方向的，不同的物种在生态系统中实现了动态平衡。“如果蜜蜂灭绝了，会对人类的生活产生巨大的影响。生物多样性就是这样，很多你以为很遥远的事情，其实真真切切影响当下的生活，”保护生物多样性就是眼前要做的事，“通过对生物遗传信息的分析，看一个物种以前是什么样、将来会是什么样，生物多样性是怎么来的，这些问题都是我们通过现在的研究可以探讨的了。”从基因出发，探索物种的适应性演化、生物多样性怎样产生、物种又是怎样形成的等问题，是她试图解决问题的角度。

选择蝴蝶作为关注重点并非被其绚烂的外表所吸引。“蝴蝶受大众欢迎，所以早期关于它的文字记录和实验研究就比较多;另一方面，蝴蝶翅膀的结构相对简单，但承载着复杂的功能，它的花纹可以传递很多信息。”选择领域内相对“冷门”的生物进行研究，因为“非模式生物在基础研究水平发展到一定程度后，可以用以提出和解决更多有意思的问题，”在张蔚看来，现在就是这个时候了。她称自己为研究演化的人，一路走来，她在生命科学领域很多方面都有过涉足，直到停在了生物演化方向。“现在可以采取各种手段来破解很多从我们‘祖师爷时代就提出的经典问题，对我来说，这就是对的时间做对的事。生而逢时挺好的。”

张蔚，北京大学生命科学学院、 北大-清华生命科学联合中心研究员，博士生导师。