宝石甲虫通过复制它们的基因进化到新的颜色

宝石甲虫是引人注目的昆虫，很容易通过其鲜艳的颜色和金属光泽来识别。宝石甲虫拥有大而发达的眼睛，利用视觉和颜色进行一系列不同的行为，包括寻找配偶和寄主植物。

昆虫的色觉与我们自己的不同。特殊的基因使许多昆虫能够看到紫外线(UV)以及蓝色和绿色。由生物科学学院沃迪尔实验室的博士后助理卡米拉·夏基(Camilla Sharkey)领导的新研究调查了宝石甲虫视觉的复杂进化历史。研究小组包括Jorge Blanco，以前在Wardill实验室工作，现在在马里兰大学，路易斯安那州立大学的Nathan Lord和CBS助理教授Trevor Wardill。

这项新研究发表在《分子生物学与进化》上。

夏基博士先前的研究表明，在现代甲虫进化之前，它们的祖先在大约300亿年前失去了看到蓝光的能力。这可能是甲虫祖先成为夜间活动或生活在弱光条件下的结果。后来，随着甲虫的多样化，它们进化出了祖先基因的复制品，使它们能够看到紫外线和绿色光谱。这些重复的基因可以进一步进化，使色谱的新部分可见，并允许看到更复杂和多样化的颜色信号。

研究人员想知道重复基因是否已经进化，让甲虫看到了祖先无法看到的颜色。由于宝石甲虫很难在实验室中饲养，他们复制了这些基因并将其插入果蝇中，取代了它们的正常视觉基因。利用电生理学，他们测试了每个基因在果蝇中产生的颜色敏感性。然后，他们使用3D蛋白质建模寻找可能是颜色敏感性变化背后的遗传变化。研究发现：

宝石甲虫通过复制和进化它们的紫外线和绿色视觉基因，进化出了额外的蓝色和橙色敏感性。

这使得对紫外线、蓝色、绿色和橙色波长的光具有复杂的四色色彩敏感性，类似于五颜六色的鸟类的颜色敏感性。

与颜色检测相关的新进化的遗传变化没有发现像视觉基因被修改和重新测试时预测的那样改变敏感性。

到目前为止，研究的所有宝石甲虫物种都具有研究中分离出的四种不同的基因类型，这表明所有宝石甲虫可能都具有复杂的颜色敏感性。根据Sharkey的说法，“下一步是确定是否可以从基因中预测特定类型的色觉，以及昆虫如何使用色觉来更好地管理害虫和传粉昆虫，从而提高作物产量。

研究人员还希望了解宝石甲虫颜色敏感性的分子基础，这将为从基因序列预测昆虫颜色敏感性提供基础。

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