一隻綠色的獨居蝗蟲（左）落在黑色/棕色的群居蝗蟲的旁邊。
根據發表在eLife雜誌上的一項新研究，中國科學院動物研究所的科學家們發現了蝗蟲通過改變身體顏色來適應不同環境的分子機制。bioRxiv首次報道了這一發現，揭示了蝗蟲體內一種新的“調色板效應”機制：一種紅色素複合物充當開關，協調了蝗蟲的體色。
身體顏色的變化對於許多動物在不斷變化的環境中適應和生存是非常重要的。在東亞飛蝗中，獨居的小群體蝗蟲通常呈現綠色，而群居的大群體蝗蟲則呈現出明顯的黑色/棕色。但是這些顏色變化背後的分子機制是未知的。
“獨居蝗蟲的綠色可能是黃色和藍色色素的組合，有助於它們在植物中偽裝，使其免受捕食者的侵害，在這項的研究中，我們想知道群居蝗蟲的黑色/棕色是否是在綠色背景中加入某種單獨的色素後形成的。”通訊作者、中國科學院動物研究所的康樂教授說。
為了做到這一點，康樂和他的團隊研究了群居蝗蟲和單獨飼養或在擁擠的環境中飼養的獨居蝗蟲。通過遺傳分析首先發現，這兩種類型的蝗蟲體內一種叫做βCBP的蛋白質含量不同，這種蛋白質在色彩過渡中起著關鍵作用。研究人員發現，當群居的蝗蟲成熟時，它們皮膚上的黑色會隨著βCBP水平增加直接增加，而獨居蝗蟲的βCBP蛋白質含量則保持不變。
在蝗蟲的皮膚中，βCBP會與紅色素——β-胡蘿蔔素(β-carotene)結合並增加其含量。通過研究這個分子的活動，研究人員發現群居蝗蟲的β-carotene含量比獨居蝗蟲高出近三分之一，這表明βCBP以及相關β-carotene的水平直接關係到群居蝗蟲的黑色/棕色體色。
研究人員接下來評估了βCBP-β-carotene蛋白質複合體在蝗蟲由獨居變為群居時體色變化中的作用。他們用含有β-carotene的食物餵養獨居蝗蟲，並將它們飼養在擁擠的環境中，結果發現βCBP的水平顯著增加，幾乎一半的蝗蟲完全變成了黑色/棕色，而其餘蝗蟲的皮膚上則出現了類似於群居蝗蟲著色的黑色區域。阻止該蛋白質的作用逆轉了這一效果，會使蝗蟲的顏色從黑色變為綠色。
“這表明，由βCBP-β-carotene蛋白質複合體引起的蝗蟲體色的改變，是對種群密度的一種適應性反應，它為群居蝗蟲提供了一種警示性的顏色，雖然使它們暴露在環境中，但也能讓它們更好地識別同類，形成龐大的種群，並對捕食者發出警告。”康教授解釋道。
“總之，我們證明了東亞飛蝗的黑色/棕色體色是由蛋白質複合體中的紅色素形成的。接下來我們想研究其他根據周圍環境改變顏色的昆蟲是否也進化出了類似的機制。”康教授說道。
編譯：花花 審稿：alone 責編：張夢
原文鏈接：https://phys.org/news/2019-01-locusts-colours.html
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