创新背景

黑脉金斑蝶是美洲最著名的蝴蝶种类之一，以其壮观的长距离年度迁徙而闻名。分布范围广泛，从加拿大南部到整个美国，再到中美洲和南美洲。

黑脉金斑蝶的生存阶段包括：卵、幼虫、蛹、成虫四个期，幼虫一般群集生活，幼虫以有毒植物马利筋为食，是一种食毒以防身的特殊物种；成年蝶颜色鲜艳，翅膀上有显眼的橙色及黑色斑纹，周围是宽阔的黑色边框，布有许多白色斑点。这种引人注目的着色是对捕食者的视觉警告，表示这个物种有毒；翅膀的下表面是较暗的橙色，这有助于在休息时伪装成树皮和其他基质的颜色，以躲避捕食者。

创新过程

研究人员对黑脉金斑蝶复杂的繁殖过程有了新的认识，这一过程决定了只有雌性幼崽才能存活下来，而这些幼崽都生活在肯尼亚首都内罗毕附近。

螺旋体细菌感染

此前的研究表明，该地区所有的雌性蝴蝶都感染了一种叫做螺旋体的细菌，在与来自其他亚种的雄性移民交配后，这种细菌会杀死它们所有的雄性后代。然而尚不清楚这是如何影响雌性蝴蝶的颜色模式的。由爱丁堡大学领导的这项国际研究分析了细菌的整个DNA和雌性蝴蝶的染色体。

研究结果表明，这种细菌保证了一种特殊颜色模式基因的存活，这种基因总是从金斑蝶母亲传给雌性后代。然而，同样的基因使雌性后代更像父亲，而不是她的母亲。

测序色彩染色体

科学家们说，这种颜色基因通过进入雌性蝴蝶后代的身体，在基因上与细菌结合，从而感染病变。迄今为止经过了50年的研究，科学家们直到现在还不明白为什么这种只有雌性的种群会显示出独特而炫目的颜色图案，而且这种颜色会随着季节变化。

通常每个蝴蝶亚种都有可识别的颜色图案，以警告捕食者它们是有毒的。新的和不寻常的颜色图案被认为使它们更容易受到捕食者的攻击。

此前的研究还发现，雌性的颜色染色体已经附着在雌性的性染色体上，称为W染色体。通过对DNA进行测序，研究人员已经证明这种被称为新w的新融合染色体改变了颜色模式，并与杀死雄性的细菌一起迅速在种群中传播。

雄蝶遗传基因湮灭

科学家们仍有一个难题需要解决，即雌性都携带相同的颜色基因，种群的变化从何而来？研究发现，雌性金斑蝶后代身上的这些基因会被来自父亲的基因覆盖。风模式的季节性波动被认为会影响到哪个亚种的雄性移民最终到达这个地区，从而导致雌性颜色模式的变化。

尽管雌性金斑蝶后代总是和父亲外表相似，但受感染的杂交雌性后代无法生育雄性蝴蝶，这对上一代父系金斑蝶来说代表着基因的死胡同，因为父系金斑蝶的颜色模式基因只存活了一代就湮灭了。

创新价值

这项研究发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上，是与埃克塞特大学、剑桥大学和肯尼亚Mpala研究中心合作进行的。新染色体相对快速的出现和传播，加上蝴蝶较短的生命周期，让研究人员能够几乎是实时的研究微生物是如何影响蝴蝶的进化。研究中不断发现微生物操纵宿主的新方法，杀死雄性只是其中一个例子。这项研究为其他生物，甚至人类的进化过程中是否受到类似影响提供了启发。