蝴蝶生命树揭示了北美的起源

大约1亿年前，一群引领潮流的飞蛾开始在白天而不是晚上飞行，利用与蜜蜂共同进化的富含花蜜的花朵。这一单一事件导致了所有蝴蝶的进化。

自2019年以来，科学家们就知道了这一事件的确切时间，当时对DNA的大规模分析推翻了早期的假设，即蝙蝠的压力促使恐龙灭绝后蝴蝶的进化。

现在，科学家们已经发现了第一批蝴蝶的起源地以及它们依赖哪些植物为食。

在得出这些结论之前，来自几十个国家的研究人员不得不创造出世界上最大的蝴蝶生命树，其中汇集了代表所有蝴蝶科和92%属的2,000多种物种的DNA。以这个框架为指导，他们在一个回到北美和中美洲的四维谜题中追溯了蝴蝶随时间的运动和进食习惯。根据他们于5月15日发表在《自然生态学与进化》杂志上的研究结果，这是第一批蝴蝶起飞的地方。

对于主要作者、佛罗里达自然历史博物馆鳞翅目馆长AkitoKawahara来说，该项目由来已久。

“这是我儿时的梦想，”他说。“自从我小时候参观美国自然历史博物馆并看到一张贴在馆长门上的蝴蝶系统发育图以来，我一直想做这件事。这也是我参与过的最困难的研究，它需要全世界人民的巨大努力才能完成。”

大约有19,000种蝴蝶，要拼凑该群体1亿年的历史，需要有关其现代分布和寄主植物的信息。在这项研究之前，研究人员没有一个地方可以访问此类数据。

“在许多情况下，我们需要的信息存在于未被数字化并以多种语言编写的实地指南中，”川原说。

作者们并没有被吓倒，决定建立自己的公开数据库，煞费苦心地将书籍、博物馆藏品和独立网页的内容翻译和转移到一个数字存储库中。

所有这些数据的基础是11块稀有蝴蝶化石，没有这些化石就无法进行分析。蝴蝶的翅膀像纸一样薄，毛发像薄纱一样，在化石记录中很少被保存下来。少数可以用作遗传树上的校准点，使研究人员能够记录关键进化事件的时间。

结果讲述了一个充满活力的故事——一个充斥着快速多样化、步履蹒跚的进步和不可能的分散的故事。一些群体跨越了不可思议的遥远距离，而另一些群体似乎停留在一个地方，在大陆、山脉和河流在它们周围移动时保持静止。

蝴蝶最早出现在北美中部和西部的某个地方。当时，北美被一条将大陆一分为二的广阔海道一分为二，而今天的墨西哥则与美国、加拿大和俄罗斯形成一条长弧线。北美和南美还没有通过巴拿马地峡连接起来，但蝴蝶穿过它们之间的海峡并不困难。

尽管南美洲与非洲距离相对较近，但蝴蝶还是走了很远的路，穿过白令陆桥进入亚洲。从那里，他们迅速覆盖地面，辐射到东南亚、中东和非洲之角。他们甚至到达了印度，当时印度还是一个孤立的岛屿，四周被数英里的公海隔开。

更令人惊讶的是他们到达了澳大利亚，澳大利亚仍然与南极洲相连，这是超大陆盘古大陆的最后合并残余。当全球气温升高时，蝴蝶可能曾经生活在南极洲，在南极洲和南极洲两块大陆分开之前，它们穿过南极洲的北部边缘进入澳大利亚。

再往北，蝴蝶在西亚边缘徘徊了可能长达4500万年，然后才最终迁徙到欧洲。川原解释说，这种延长暂停的原因尚不清楚，但其影响在今天仍然很明显。

“与世界其他地区相比，欧洲的蝴蝶种类不多，而欧洲拥有的蝴蝶种类通常可以在其他地方找到。例如，在西伯利亚和亚洲也发现了欧洲的许多蝴蝶。”

一旦蝴蝶站稳脚跟，它们就会与植物宿主一起迅速多样化。到6600万年前恐龙灭绝时，几乎所有现代蝴蝶家族都出现了，而且每个家族似乎都对特定的植物群有着特殊的亲和力。

“我们在进化时间尺度上研究了这种关联，在几乎每个蝴蝶家族中，豆类植物都是祖先宿主，”川原说。“所有蝴蝶的祖先也是如此。”

从那以后，豆类植物增加了传粉者的名单，包括各种蜜蜂、苍蝇、蜂鸟和哺乳动物，而蝴蝶也同样扩大了它们的味觉。根据该研究的合著者、佛罗里达博物馆馆长兼杰出教授帕梅拉·索尔蒂斯(PamelaSoltis)的说法，蝴蝶建立的植物伙伴关系帮助它们从飞蛾的次要分支转变为当今世界上最大的昆虫类群之一。

“自前者起源以来，蝴蝶和开花植物的进化就不可避免地交织在一起，它们之间的密切关系导致了两个谱系的显着多样化事件，”她说。

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