動物體中需要保護(hù)視覺和皮膚健康、促進(jìn)骨骼生長和維持其他重要生理機(jī)能的多種物質(zhì)，胡蘿卜素是構(gòu)成這些物質(zhì)的基礎(chǔ)。常見的蔬菜胡蘿卜內(nèi)含有大量的β-胡蘿卜素，它是讓胡蘿卜自身呈桔黃色的原因，也是構(gòu)成維生素A的基礎(chǔ)。
長期以來，科學(xué)家始終認(rèn)為，通過飲食是動物獲取所需胡蘿卜素的*來源。沒有文字記載說動物能夠靠自身的能力生產(chǎn)或制造胡蘿卜素。
然而，美國亞利桑那大學(xué)研究人員新公布的研究成果改變了人們的觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)，一種名為豌豆蚜蟲的昆蟲能夠生產(chǎn)制造自身所需的基本營養(yǎng)成分——胡蘿卜素。負(fù)責(zé)研究工作的是亞利桑那大學(xué)生態(tài)和進(jìn)化生物學(xué)教授南希·莫蘭，主要合作者包括化學(xué)和生物化學(xué)系研究專家泰勒·賈爾沃。研究論文發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
莫蘭表示，從雞蛋黃的黃色，到蝦和三文魚的粉色，再到火烈鳥、西紅柿、胡蘿卜、柿子椒和金盞花粉色等，這些顏色的背后均是胡蘿卜素在“作祟”，人們從胡蘿卜素的廣泛分布中，不難明白它實(shí)際上存在于生命的各個(gè)角落。
莫蘭和同事通過在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)豌豆蚜蟲，了解到了它們是如何獲得生產(chǎn)胡蘿卜素的能力的。她表示，研究小組的發(fā)現(xiàn)源于實(shí)驗(yàn)室中發(fā)生一次幸運(yùn)的意外以及其他科學(xué)家zui近完成的豌豆蚜蟲基因組測序工作。
豌豆蚜蟲的英文學(xué)名為Acyrthosiphon pisum，它們的顏色有紅色和綠色兩種。豌豆蚜蟲為無性系動物，“母親”直接繁殖“女兒”，而“女兒”與“母親”具有相同的遺傳特征。
2007年，莫蘭和同事在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)紅色系豌豆蚜蟲神奇地繁殖出黃綠色的后代時(shí)，知道這是豌豆蚜蟲的基因發(fā)生突變的結(jié)果。他們將新生的黃綠色豌豆蚜蟲稱為Y系，并將它們在實(shí)驗(yàn)室作為“寵物”培養(yǎng)，認(rèn)為也許某天會有機(jī)會了解顏色出現(xiàn)如此變化的真正原因。
豌豆蚜蟲體內(nèi)存在著共生菌（symbiotic bacteria）。這些共生菌生活在豌豆蚜蟲體內(nèi)特殊的細(xì)胞中，并從母系豌豆蚜蟲直接傳遞給其后代。共生菌為豌豆蚜蟲提供了至關(guān)重要的營養(yǎng)。如果蚜蟲的共生菌死亡，那么蚜蟲也就隨之而滅。
莫蘭研究豌豆蚜蟲和細(xì)菌體系長達(dá)數(shù)10年，知道有3種主要的共生菌并不生產(chǎn)胡蘿卜素。此外，她十分清楚，豌豆蚜蟲并不從它們的食物中獲取胡蘿卜素，因?yàn)橥愣寡料x是通過吸取植物韌皮部樹液來獲得所需食物的，而樹液本身胡蘿卜素貧乏，并且蚜蟲體內(nèi)的胡蘿卜素與植物中的并不相同。
2009年底，在豌豆蚜蟲全部的DNA測序完成并為研究人員共享后，莫蘭決定利用這些基因序列尋找豌豆蚜蟲的胡蘿卜素基因。由于有機(jī)物利用相同的生物合成途徑獲取胡蘿卜素，因此莫蘭和同事認(rèn)為可以直接尋找豌豆蚜蟲的胡蘿卜素基因。
在豌豆蚜蟲基因組測序中，研究人員分析的是紅色豌豆蚜蟲，它們帶有額外的胡蘿卜素基因副本，這使得研究人員很容易地找到了導(dǎo)致豌豆蚜蟲呈紅色的基因。隨后，莫蘭和同事的工作就是了解紅豌豆蚜蟲額外的胡蘿卜素基因副本到底是來自豌豆蚜蟲的DNA，還是來自少見的共生菌，或是因樣品被真菌所污染的結(jié)果。
研究發(fā)現(xiàn)，從豌豆蚜蟲中除掉共生菌并沒有改變其后代的顏色，這意味著共生菌并不是蚜蟲紅色的來源。然而，通過追蹤紅色、綠色以及2007年獲得的黃綠色豌豆蚜蟲的家系，證明顏色變化符合孟德爾遺傳特征，這表明導(dǎo)致豌豆蚜蟲呈紅色的DNA片段是豌豆蚜蟲DNA的組成部分。
莫蘭和同事發(fā)現(xiàn)的豌豆蚜蟲遺傳特征與其他研究小組的結(jié)果吻合，該研究認(rèn)為，自然界豌豆蚜蟲具有兩種顏色的原因在于紅色豌豆蚜蟲更易受到寄生蜂的影響，而綠色豌豆蚜蟲更容易受到其天敵如瓢蟲的影響。
解釋疑團(tuán)zui終的關(guān)鍵在于該基因片段從何而來。研究人員發(fā)現(xiàn)，蚜蟲體中特殊的編譯胡蘿卜素代碼的DNA片段不同于細(xì)菌的胡蘿卜素基因，但與某些真菌（fungus）的胡蘿卜素基因相同。莫蘭認(rèn)為，事實(shí)上是一種真菌基因進(jìn)入了蚜蟲的體內(nèi)并被復(fù)制，雖然在兩種微生物之間發(fā)生基因轉(zhuǎn)移十分常見，但是一種真菌的功能性基因作為一種動物的DNA卻是人們遇見。
莫蘭表示，蚜蟲和病原菌類（pathogenic fungi）之間的長期關(guān)聯(lián)也許使得基因轉(zhuǎn)移成為可能?；蛟S這只是一個(gè)十分罕見的事例。然而，按照迄今為止的基因組研究獲得的結(jié)論，單一的事例通常是廣為存在事物的一個(gè)寫照。新的發(fā)現(xiàn)表明生物體和它們基因組隨著時(shí)間的推移發(fā)生交織，并以不同的方式融合?？磥?，不同的基因組和生物體以及家系之間的差異比人們想象中的要小許多。
動物存在許多需求，反映出的是先輩基因的喪失。這是人們的飲食需要多種氨基酸和維生素的原因。過去，人們認(rèn)為沒有動物能夠重新獲得這些已喪失的能力。但是，豌豆蚜蟲的事例表明，它的確獲得了生產(chǎn)自己所需化合物的能力。
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