乳草屬植物的毒素在食物網(wǎng)中引起了多層進化，在蟲子、蠕蟲、老鼠和鳥類中引起了同樣的基因變異。

帝王蝶是最早被發(fā)現(xiàn)具有這種特殊基因組變異的昆蟲之一，這使它們能夠以夾竹桃科(Apocynaceae)植物產(chǎn)生的有毒強心苷為食而不死亡。相反，這些毒素被封存在蝴蝶身體的某些部位，變成了威懾捕食者的防御手段。

黑頭鷹(Pheucticus melanocephalus)就是這樣一個捕食者，已知它在冬季會遷徙到墨西哥，在那里以帝王斑蝶為食。

科學家們長期以來一直懷疑這種鳥有什么特質，使它能夠吃這種有毒的昆蟲而不死，現(xiàn)在，這種動物似乎已經(jīng)進化出與它的食物(帝王蝶)相同的保護機制。

當黑頭鷹基因組的分析報告在去年發(fā)表時，研究人員開始尋找與在帝王蝶身上看到的相同的突變。

最后，他們在這種捕食者體內的蝴蝶鈉泵基因中找到所有三處遺傳突變中的兩個。

這些泵基因負責將鈉移入和將鉀移出人體細胞，但乳草的毒素會阻斷這種泵，導致身體內的混亂。

有心臟的動物，如鳥類和人類，如果攝入大量的毒素，會因心臟衰竭而死亡。

因此，如果你的主食由乳草類植物組成，泵基因的突變可能是生存的必要條件。

加利福尼亞大學伯克利分校的進化生物學家諾亞·惠特曼解釋說："它解決了40年前提出的謎團，當時生物學已經(jīng)相當完善，但我們就是無法深入到可能的最低組織水平，即基因組，以了解黑頭鷹是如何做到這一點。令人驚訝的是，它們正在利用遺傳密碼中相同位置進化出抗性，就像帝王蝶和蚜蟲一樣。"

更令人吃驚的是，研究人員能夠在食物鏈的多個層次中找到這些基因組突變。

例如，以帝王蝶卵為食的寄生蜂Trichogramma pretiosum，在與蝴蝶相同的鈉泵基因部分也有兩個變異。

同時，以帝王斑蝶為食的鹿鼠(Peromyscus maniculatus)和生活在乳草植物周圍土壤中的線蟲Steinernema carpocapsae一樣，都有三個突變。

這些結果共同表明，至少需要在鈉泵基因中進行兩次變異，以使動物能夠捕食帝王蝶，盡管還需要進一步的遺傳實驗來證實這一假設。

加州大學河濱分校的進化系統(tǒng)生物學家Simon 'Niels' Groen說："在所有這些動物的分子水平上發(fā)生趨同進化，這很了不起。植物毒素至少在食物鏈的三個層次上引起了進化變化"。

所有這四種動物都是遠親，這一事實表明這種捕食者-獵物之爭有著深刻的進化根源。換句話說，植物毒素可能已經(jīng)在食物網(wǎng)的多個層次上引起了多米諾骨牌效應的突變。

作者不能確定這些是否是食用乳草毒素所需的唯一基因突變，但他們希望通過進一步的基因組研究來回答這個問題。

例如，黑背黃鸝(Icterus abeillei)每年冬天要吃掉多達一百萬只帝王蝶，但它們卻傾向于只吃最有毒的部分。另一方面，黃鸝則吃下整只蝴蝶。

鶯鳥的基因組還沒有被測序，但可以預見結果將很有趣。

"我的猜測是，還有其他的寄生蟲，以及同樣進化出抗性突變的捕食者正在與帝王蝶互動，它們被發(fā)現(xiàn)只是時間問題。我們知道這不是進化出對強心劑抗性的唯一方式，但它似乎是最主要的方式。"

該研究發(fā)表在《當代生物學》上。