彩女蝴蝶是令人惊叹的旅客。我们在欧洲发现的蝴蝶是从非洲迁徙到瑞典，最终返回撒哈拉以北和以南的地区。但是什么因素决定了为什么有些蝴蝶进行长途旅行而另一些则不呢？包括奥地利科学与技术研究院（ISTA）的研究人员在内的研究人员发现，各种迁徙模式受环境条件的影响，而不是蝴蝶基因中的固定特征.
在一个温暖的六月天，一队科学家戴着太阳帽，手持网子，在加泰罗尼亚山脉的小径上跋涉。他们正寻找彩女蝴蝶——这种色彩鲜艳的橙色蝴蝶上饰有精致的黑白图案。捕捉这些蝴蝶很有挑战性，因为它们是强大而顽强的飞行者，这一点进化生物学家达里亚·希皮利娜已经接受。
在此之前，希皮利娜曾研究植物和鸟类，她试图在飞行中抓住一只迷人的蝴蝶。她的网子摇摆不定，未能成功。最后，一些蝴蝶停下来吸取花蜜，为她提供了梦寐以求的机会。她迅速出手，抓住了一只。这次胜利对这位生物学家来说意义重大，突显了这些令人惊叹的蝴蝶的韧性和活力。
每年，彩女蝴蝶在西北非洲与瑞典之间踏上令人印象深刻的迁徙路线，总是寻求支持生存和繁殖的最佳环境条件。一群科学家以及公民科学计划一直在努力解读这些蝴蝶的迁徙路线。一项近期的多学科研究为它们的行为提供了新的见解。重要的贡献者包括希皮利娜——曾在乌普萨拉大学工作，目前在ISTA的尼古拉斯·巴顿团队中担任博士后，她与多家机构合作，包括渥太华大学、巴塞罗那的CSIC-CMCNB、SOS Savane、达喀尔的高等工艺学校和达姆施塔特的技术大学。他们的研究成果发表在PNAS Nexus上。
没有距离太远，没有负担太重
“彩女蝴蝶格外美丽和多彩，”希皮利娜分享道。“看到它们聚集成大群真是令人瞩目的景象。然而，让它们独特的是它们的非凡长途迁徙。”
这些蝴蝶每年进行一个约10,000公里的往返旅行，往返于非洲和欧洲之间。它们依靠连续的世代寻找为幼虫提供理想繁殖条件。“每只蝴蝶都为年度迁徙的某一部分做出贡献，后代继续进行这一旅程，”希皮利娜解释道。
这些色彩鲜艳的昆虫在春季开始它们的史诗旅程，从西北非洲出发，飞越地中海进入欧洲。其他世代则继续前往英国，甚至到达瑞典的北极冻土度过夏天。
之前人们认为，蝴蝶在瑞典会因寒冷的天气而死去。然而，研究表明彩女蝴蝶在秋天返回温暖的地区，证实了它们的迁徙模式具有循环性。虽然有些蝴蝶留在地中海，但其他蝴蝶则返回非洲，往往穿越撒哈拉。但它们是如何导航这条路线的？它们是否拥有独特的导航工具？
你曾去过哪里，现在又要去哪里？
为了探索这个问题，希皮利娜和她的同事们前往从撒哈拉以南到以北的地区收集彩女蝴蝶，包括贝宁、塞内加尔、摩洛哥、西班牙、葡萄牙和马耳他。
他们利用同位素地理定位技术确定每只蝴蝶的地理来源。“这个方法的基本原理是，成虫蝴蝶翅膀中的同位素组成——稳定同位素——反映了它们在幼虫阶段食用植物的同位素特征，”希皮利娜解释道。同位素是同一化学元素的变体，具有相似的化学属性，但原子质量不同。
来自渥太华大学的共同第一作者梅根·赖希和克莱门特·巴塔伊尔花费数年时间发展这一技术，测试不同的同位素，完善统计方法，并应用机器学习技术来增强准确性和清晰度。
分析突显了蝴蝶旅行行为的变异性：一些蝴蝶从斯堪的纳维亚向南进行长途迁徙，穿越撒哈拉，而另一些则仅仅进行了短途迁徙，停留在沙漠以北的地中海地区。
这在它们的基因中吗？
研究人员随后进行了全基因组测序，以比较每只蝴蝶的DNA序列。令人惊讶的是，他们发现长途迁徙的蝴蝶和短途迁徙的蝴蝶之间没有遗传差异。
“这一发现与某些鸟类的模式形成鲜明对比，而鸟类是另一类被广泛研究的迁徙群体，”希皮利娜解释道。“例如，在柳莺中，一个大的染色体区域与不同的迁徙方向相关，揭示了如何从不同的基因组特征中产生各种表现型。”此外，彩女蝴蝶的迁徙行为与性别、翅膀大小或翅膀形状没有关联。
彩女蝴蝶适应环境
研究人员认为，一个名为表型可塑性的概念可能解释不同的迁徙行为。“表型可塑性是指生物体根据环境条件改变其表型——在这种情况下，是它的长途或短途迁徙——而不改变其遗传结构的能力，”希皮利娜明确指出。
例如，在夏季，瑞典的蝴蝶可能会因白昼长度的快速变化或其他季节信号而被迫长途迁徙穿越撒哈拉。相反，南法的蝴蝶，由于白昼更长，可能不会遇到类似的迁徙信号，因此只在地中海进行短途旅行。
与其他蝴蝶相比，例如备受关注的帝王蝶，关于彩女蝴蝶迁徙的许多内容仍然模糊不清。这种观察到的模式是否在它们广泛的地理范围内延续？这种行为是否独特于蝴蝶，或者也可能在其他昆虫中表现出来？ISTA研究员达里亚·希皮利娜及其团队致力于填补这些知识空白——一次一个研究。
