
帝王斑蝶在毛毛蟲階段時吃毒草長大,也因此成蝶後牠們本身帶毒,對獵食者而言是最難吃的食物。最近新研究發現了為何這種昆蟲能對毒草免疫,科學家還以基因編輯技術讓果蠅產生基因突變,使牠們因此獲得相同的抗毒能力。
帝王斑蝶(monarch butterfly)生命週期屬於完全變態,在毛蟲階段時,幼蟲的食物來源為乳草,這種植物已經演化出防禦策略來對抗吃它們葉子的毛毛蟲,尤其是一種稱為卡烯內酯(Cardenolide,或稱強心甾)的化合物,一定劑量就可以讓心臟停止跳動或破壞神經系統(包括人類),非洲獵人會在箭尖塗上這種毒性物質狩獵。
然而道高一尺魔高一丈,帝王斑蝶也藉此發展出自己的防禦系統,首先雌蝶專挑乳草產卵,幼蟲孵化後開始啃乳草葉子長大,並將卡烯內酯毒素儲存在體內一路破蛹成蝶,使自己全身帶毒以防禦鳥類獵捕。
除了帝王斑蝶,還有其他約 20 種昆蟲也能抵抗乳草毒性,比如飛蛾、甲蟲、黃蜂、蒼蠅、蚜蟲、象鼻蟲等,大多數外型都呈現鮮豔橘色。
科學家數十年來對此現象感到不可思議,而最近,一組研究人員宣布他們已經確認了其中的進化祕密──只需要 3 個關鍵突變,改變某段基因中的 3 個核苷酸,就可以讓蝴蝶體質從不耐毒性變成超級抗毒性。
此外,研究人員還嘗試以 CRISPR-Cas9 基因編輯技術使果蠅基因突變,竟成功導致果蠅也產生服毒不死的體質;或者說基因突變的果蠅對乳草毒素的敏感性,比一般果蠅低 1,000 倍。
不過,這 3 個突變必須按照順序發生,否則果蠅無法倖免於單一突變帶來的副作用,比如癲癇發作。這是科學家第一次利用基因編輯在多細胞生物中引導出進化突變,CRISPR-Cas9 技術將變得越來越強大。
新論文發表在《自然》(Nature)期刊。
- CRISPR flies have been gene edited so they can eat poison
- How the monarch butterfly evolved its resistance to toxic milkweed
- These Butterflies Evolved to Eat Poison. How Could That Have Happened?
- Scientists recreate in flies the mutations that let monarch butterfly eat toxic milkweed with impunity
- Researchers used CRISPR to give ‘monarch flies’ superpowers—here’s why
- CRISPRed flies mimic monarch butterfly — and could make you vomit
(首圖來源:pixabay)