科学家现在理解了某些动物如何能够以色彩鲜艳的橙色帝王蝶为食，这种蝴蝶从头到尾都充满了马利筋植物的毒素。在足够高的浓度下，马利筋可以杀死一匹马，甚至一个人。为了能够食用这种植物，帝王蝶进化出了一组不寻常的细胞突变。加州大学河滨分校的新研究表明，捕食帝王蝶的动物也进化出了这些相同的突变。
今天发表在《当代生物学》期刊上的一篇文章描述了这项研究，揭示了四种帝王蝶捕食者的这些突变——一种鸟、一只老鼠、一种寄生蜂和一种蠕虫。
“这些动物在分子水平上同时发生的进化非常显著，”加州大学河滨分校的进化生物学家、该研究的主要作者西蒙·尼尔斯·格罗恩说，“植物毒素在至少三个食物链水平上引发了进化变化！”
马利筋毒素针对动物细胞中被称为钠钾泵的部分，该泵有助于心脏跳动和神经传导。在人类中，它非常重要，以至于我们的身体使用我们通过食物产生的所有能量的三分之一来驱动这个泵。当大多数动物食用马利筋时，这个泵就会停止工作。
两年前，格罗恩和他的同事们描述了泵上三个位置的氨基酸变化，这些变化不仅允许帝王蝶食用马利筋，还使它们能够在体内积累马利筋毒素，作为一种防御攻击的手段。格罗恩的团队在果蝇中引入了这些相同的氨基酸变化，果蝇随后变得对马利筋像帝王蝶一样具有抵抗力。
“长期以来，人们一直观察到鸟类和老鼠是重要的帝王蝶捕食者，”格罗恩说，“但在20世纪70年代，没有手段来发现是什么使它们能够成功地捕食。现在，通过基因组测序，我们可以做到。”
研究人员从各种鸟类、黄蜂和线虫的数据库中获取了DNA序列信息，以查看它们是否在钠泵中进化出了氨基酸变化。在团队发现的四种动物中，包括黑头麻雀，它每年在许多殖民地中捕食多达60%的帝王蝶。
目前尚不清楚是否有其他适应性帮助麻雀和其他帝王蝶捕食者处理毒素。格罗恩计划在未来研究中探讨这个问题。
学习蝴蝶细胞秘密的时间可能正在流逝。专家估计，帝王蝶的数量已经急剧下降，从20世纪90年代初的大约5亿只减少到现在的1亿只。
“气候变化正在威胁它们每年冬天迁徙到墨西哥森林交配的地方，随着蝴蝶群变小，它们更容易成为鸟类和老鼠的猎物，”格罗恩说。