美丽的蝴蝶

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    小时候经常拿着一本《少年昆虫学家》翻看,也常幻想着用捕蜻蜓的网抓只蝴蝶。可都市圈里的公园很少蝴蝶,更没见过一只漂亮的凤蝶。小孩儿跟着蝴蝶昂头跑的镜头只能在电影里看到。

    人与蝴蝶的故事古今中外都有。人们喜欢蝴蝶也并不在乎它的幼虫可能有毒带刺。

    现在这个季节生活在北加州(湾区、硅谷)的居民可能在周末开车南下到17英里海岸不远的 Pacific Grove 也被称为蝴蝶镇(Butterfly Town)的地方看帝王蝶(Monarch Butterfly)。

    帝王蝶也叫君主斑蝶,见文末图64¢邮票,是蛺蝶科斑蝶属(Danaus)黑脉金斑蝶种(D. plexippus)。这种蝴蝶遍布北美,是阿拉巴马、爱达荷、伊利诺伊、明尼苏达和德克萨斯的州昆虫,佛蒙特和西弗吉尼亚州的州蝴蝶。

    大都市的自然博物馆会有蝴蝶展。拉斯维加斯的赌场百乐宫温室植物园(Bellagio Conservatory & Botanical Garden)也展出过养蝴蝶暖房。

蝴蝶的种类

    按照科学分类法:动物界(Animalia)> 节肢动物门(Arthropoda)> 昆虫纲(Insecta)中的第一大目是鞘翅目(Coleoptera),就是甲壳虫所属的目,总共有35万多种昆虫分布在世界各地。鱗翅目Lepidoptera)是昆虫纲的第二大目,包括世界各地的蝴蝶(Butterfly)和蛾类(Moth)约16万-20万种。其中的蝴蝶大约有17500-18800种,中国大约有2100种,美国大约有750种蝴蝶

    所有的蝴蝶都属于鳞翅目下的凤蝶总科(Papilionoidea),这里按美国分类法共7个科:凤蝶科(Papilionidae)、喜蝶科(Hedylidae)、弄蝶科(Hesperiidae)、粉蝶科(Pieridae)、蛱蝶科(Nymphalidae)、灰蝶科(Lycaenidae)和蚬蝶科(Riodinidae)。中国分类法共12个科。

    蝴蝶中的中华虎凤蝶(Luehdorfia chinensis huashanensis)最著名,因为它是中国独有。不过它现在是中国国家二级保护动物,见下图左。下图右是美国虎凤蝶(Tiger Swallowtail),西方通常把凤蝶叫燕尾蝶。

左图由Notafly - self-made Own photograph. Taken with Nikon Studio 创建于:2008年5月3日(引自维基百科)CC BY 3.0。右图引自华盛顿国家自然博物馆的主办方史密森尼学会网站

    而喙凤蝶属的金斑喙(huì)凤蝶(Teinopalpus aureus,)是中国国家一级保护动物,它生活在中国南部和越南。中国禁捕,越南随便?下图是日本网站上登载的在越南捕获的几个亚种的照片。在ebay上可卖到300美元。“没有买卖就没有杀戮”!

    在中国受保护的蝴蝶还有凤蝶科(Papilionidae)的双尾褐凤蝶(Bhutanitis mansfieldi,Ⅱ级)、三尾褐凤蝶 (Bhutanitis thaidina dongchuanensis,Ⅱ级),绢蝶科(Parnassidae)的阿波罗绢蝶(Parnassius apollo,Ⅱ级)。

    在美国受政府保护的蝴蝶有25种处于濒临灭绝(Endangered - E级)和受到威胁(Threatened - T级)的状态。

    DNA测定的结论是大约三亿年前的石炭纪晚期出现了鳞翅目的蛾子。蛾子吃花粉,那么有花的被子植物门(Angiosperms)植物诞生于什么时间呢?有争议,不知道是5亿年前到1.3亿年前的什么时候。以前古植物学家是通过植物化石来定年,以后要通过广泛的DNA测序来确定了植物的年代。无论如何,应该是先有花后有蛾。    

    最早什么时间出现蝴蝶,也有争议。最早的蝴蝶化石距今有4千-5千万年前。蝴蝶是从飞蛾进化而来的,这一点比较有共识。不过有人认为:夜间活动飞蛾进化成白天的蝴蝶,是为了逃避蝙蝠;也有人认为不对,是要享用丰富的新食物:开花植物的花蜜。蝴蝶美化了翅膀,有助于吸引伴侣并向掠食者发出毒信号。

科学家喜欢研究蝴蝶

    农民工喜欢蝴蝶,科学家也喜欢研究蝴蝶,从蝴蝶的翅膀图案、基因测序与编辑、进化树等等。这里仅举几个例子。

    今年11月5日《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了佛罗里达大学教授、佛罗里达自然历史博物馆麦圭尔中心策展人川原明人(Akito Y. Kawahara)等人一篇关于蝴蝶和蛾子进化的论文。论文中描述研究人员使用最大的数据集推断出鳞翅目的全系统进化(该序列集来自186个物种的2,098个直系同源蛋白质编码基因,几乎代表了所有超家族),并用经过仔细评估的基于亚同形化石进行的年代测定。蝴蝶的祖先可能是夜行性的,研究表明蝴蝶在白垩纪晚期约9千8百万年前开始日间飞行。最上图是论文中蝴蝶的进化树,右列是属的名字,中间的圆点表示有对应的化石。

    剑桥大学有个蝴蝶基因组(Butterfly Genetics Group),一直在研究蝴蝶的进化过程。2016年在《公共科学图书馆-生物学》(PLOS Biology)杂志上发表文章,他们调查了亚马逊地区袖蝶属(Heliconius)的17个种142个个体的基因组序列,确定了各种蝴蝶的进化关系、找到了决定蝴蝶翅膀图样及颜色的基因组合。

    拟态(Mimicry)是指一个物种在进化过程中,获得与另一种成功物种相似的特征,以混淆另一方(如掠食者)的认知,进而远离或靠近拟态物种。这种现象在许多动物的行为中很常见,已知从昆虫、鱼类、两栖类动物和植物甚至是真菌都有纪录显示这些生物已懂得使用拟态。拟态就是模仿、伪装的意思。

    英法两国研究人员在2011年8月份的《自然》杂志上发表论文说,他们选取了一种生长在亚马逊热带雨林地区的一种蝴蝶进行研究,这种蝴蝶是蛱蝶科(Nymphalidae)袖蝶属(Heliconius)羽衣袖蝶(H. numata)能通过改变翅膀花纹,“伪装”成那些味道不佳的蘋绡蝶属(Melinaea)蝴蝶,从而躲过鸟类的捕食。研究人员在分析该种蝴蝶体内的染色体序列后发现,一种染色体里存在多种变异,各变异组合形成了“超级基因簇”,最终决定要模仿的花纹。

    下图的下半部是伪装者袖蝶属的蝴蝶要伪装成上半部蘋绡蝶属的蝴蝶,它们是两个不同属的蝴蝶。好比同样是人科(Hominidae)的黑猩猩属(Pan)的动物黑猩猩(Pan troglodytes)要裸体伪装成人属(Homo)的人种,是不是“不可能的任务”。

    今年8月14日的《科学进展》(Science Advances)杂志登载了一篇用深度学习网络(软件)进行蝴蝶分类的论文,研究人员在2468张袖蝶属 (Heliconius) 的照片中选出1500张用于网络训练,其余用于测试。每次重复向网络显示两张来自同一亚种的图像和一张来自不同亚种的图像。这个深度卷积神经网络(称其为ButterflyNet)学会了正确地按亚种对图像进行分类并计算输入图像之间内部一致的欧几里得距离集,其中相同亚种的距离更近,而不同亚种的距离更远。经过训练的网络在按亚种对测试图像进行分类方面达到了86%的准确度。同样的方法可以用来组织活检的细胞照片和医学成像的判读。

    11月《科学》杂志发表由多国科学家合作完成“基因组结构和基因渗入形成蝴蝶分散进化”的论文。研究人员分析了20种蝴蝶的基因组,发现其中惊人的大量基因流动,甚至在远亲物种之间也是如此。这项发现挑战了有关物种的传统观点,并指出杂交是生物多样性出现的关键过程。远缘杂交可能有利于物种进化。“有用的基因似乎更有可能在物种之间转移。”

    张琳琳2012年获中科院海洋所博士学位,随后分别在康奈尔大学和佛罗里达大学从事进化生物学博士后研究,现为中国科学院海洋研究所研究员。2016年她和合作者在《自然-通信》杂志、2017年她和另两位合作在PNAS杂志上发表论文阐述用基因编辑技术 CRISPR-Cas9 确定蝴蝶的optix基因决定了其翅膀的颜色,四个物种的optix基因被敲除后,黑色素完全替代了彩色色素,色素相关基因的表达也发生了相应变化,从而产生了黑色和灰色的蝴蝶。11月11日的PNAS杂志上还有一篇有张琳琳署名共14位作者的论文阐述袖蝶属蝴蝶optix基因与翅膀的关系。

    中科院昆明动物所的也在研究蝴蝶,他们研究的对象是漂亮的凤蝶科凤蝶属(Papilio)的金凤蝶(P. machaon)、柑橘凤蝶(P. xuthus)和碧凤蝶(P. bianor)的基因组。

邮票上的蝴蝶

    1963年4月5日由刘硕仁设计的20张一套的中国特56蝴蝶邮票是喜爱蝴蝶邮票中的珍品。美国及其他国家也喜欢用蝴蝶作为选题。

    上图是美国邮政1977年6月6日发行的编号为1712-1715的13美分特种邮票,左上是俄勒冈金凤蝶(Papilio  oregonius)翅宽4英寸,栖息在西北角四州;右上是巴尔的摩棋盘格蛱蝶(Euphydryas phaeton)栖息在东北部,是马里兰的州昆虫;左下是加州狗脸粉蝶(Zerene eurydice),加州的州昆虫;橙色提示(Orange‐Tip)粉蝶(Anthocharis midea)“遍布在从美国马萨诸塞州中部向南到佐治亚州沿海,再到德克萨斯州东北部、阿肯色州、堪萨斯州和伊利诺伊州,它在整个美国东部早春广泛分布”。

    下面是近几年美国邮政发行的几种蝴蝶特种邮票,有认识的吧,起码“似曾相识”。


    注:本文只可链接,不得转载。

赌城看客 发表评论于
回复 '明秋' 的评论 : 谢谢留言。你说的真好,飞翔的蝴蝶和“标本样”的蝴蝶是不同。
明秋 发表评论于
感谢科普。不过还是喜欢亚洲的蝴蝶邮票,灵动。
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