性信息素揭示昆虫进化之谜

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    [生物通讯]康奈尔大学的昆虫学家揭开了昆虫如何进化出新物种的进化之谜。这一发现对于通过阻止昆虫交配控制昆虫数量很有意义，研究结果还暗示，随着时间的推移，这一消灭昆虫的方法也可能会失效，就如同昆虫会对杀虫剂产生抗药性一样。

    这组由康奈尔大学Liberty Hyde Bailey 昆虫生物化学教授Wendell L. Roelofs领导的研究小组是在检验阻止欧洲玉米螟交配、繁殖进而吞噬农民的庄稼的方法时发现这个进化秘密的。玉米螟又名钻心虫，是玉米生产上的大敌，现在广泛分布于北美洲东部地区，吞食并且损坏玉米和其他作物，包括土豆和大豆。研究人员发现了一个原来未检测到的基因的存在－－delta-14，这个基因能够调节雌玉米螟性信息素腺体中分泌的一种引诱剂的含量。该基因可以突变被打开，改变雌玉米螟用来吸引雄玉米螟进行交配的信息素成分。

    昆虫学家们证明，昆虫是跳跃式进化出化学系统而非渐进式，这与早先的假说一致。研究人员还发现，玉米螟中的雄性个体很少－－大约200只中才有一只对delta-14基因产生的化学物质有反应的雄玉米螟。

    “这就是昆虫产生新物种的一种方式。”Roelofs认为，他的文章“飞蛾性信息素通过古老基因的进化（Evolution of moth sex pheromones via ancestral genes）”即将发表在2002年9月15日期美国《国家科学院学报》(Proceedings of the National Academy of Science) 的网络版上。文章的合著者还包括康奈尔大学的昆虫学研究员Weitian Liu、昆虫学博士后研究人员Guixia Hao、昆虫学实验室技术员Hongmei Jiao以及昆虫学高级研究员Charles E. Linn Jr等。另外，密西西比州立大学的生物学助教Alejandro P. Rooney,也参与了该研究。研究由美国国家科学基金会资助，且接下来将由农业部国家研究计划继续提供资助。Roelofs解释说，雌昆虫是通过专门的信息素来吸引雄昆虫的，他将这种专门的信息素比作无线通讯的频率。例如，在一项涉及数千人的重大事件中，可能是警察通过频道1进行通讯，紧急救护人员通过频道2通信，而管理人员则通过频道3通讯。

    “对于雌雄玉米螟而言，道理是一样的。”Roelofs说。“某些物种是通过频道1进行通讯，另外一些物种通过频道2 通讯，还有利用频道3通讯的。但当一只雌玉米螟携带的是突变形式的delta-14基因时－－这里的突变基因指的是基因被打开的情况下，她的频道就从3转到了5。这意味着200只雄玉米螟中，有199只对她没有反应。只有那一只对她非常具有选择性的频道有反应能力的雄玉米螟才能与之交配。”

    很快，其它携带delta-14突变基因的雌玉米螟就开始与其它稀少的对其有发应的雄玉米螟进行交配。最终，随着时间的推移，雌雄玉米螟稳定了它们的信息素通讯系统，这就必然会导致这个新群体与原有双亲物种的分离。“这就是物种进化的一条途径。”Roelofs解释说。

    操纵昆虫的化学系统是控制昆虫的一个有效策略，因为通过改变化学系统可以阻止昆虫的交配行为。20多年来，Roelofs在康奈尔大学的纽约州农业实验站的研究工作一直集中于对昆虫信息素化学成分的分析上。Roelofs介绍说，农业研究人员已经在超过1000个昆虫种类中发现了信息素，并利用信息素来检查250中昆虫的种群大小，阻止了超过20种昆虫的交配。

    这项新研究对害虫的控制很有意义。除了为信息素进化在过去是如何发生的提供了一个解释，这篇文章还揭示了信息素混合成分发生重大改变所需的条件在今天以及在未来都可以重现。昆虫种群具有改变其被人类利用来控制其交配的信息素成分的能力，这使得通过利用这一信息素成分来控制昆虫数量的方法有一天也会失效。

    “由于在实验室中即使时诱发信息素成分的一个微小变化也十分困难，我们原以为昆虫不会产生这种抗性，因为自然选择的压力会阻止物种信息素成分的逐渐改变。”Roelofs认为。这种能够被突变激活的基因的存在为昆虫这种抵抗力的产生提供了一个机制－－尽管还没有证据表明这已经发生了，他指出。

    Roelofs 期望这一发现能够刺激更多致力于该领域的研究，尤其是确定信息素成分极其如何影响多种昆虫通讯系统的进化的研究。他的研究小组正在进行果蝇、蚊子、蟋蟀和家蚕的基因组研究来检查这些昆虫中是否也存在这样的基因。

联系人：Linda McCandless 办公室：315-787-2417 ；Blaine P. Friedlander, Jr. 办公室：607-255-3290 E-Mail: [e-mail]

消息来源：康奈尔大学

生物通摘译自BIO.COM