幼蟲食性對(duì)帝王蝶飛行能量代謝的影響

動(dòng)物從它們的食物中獲取資源，并分配給有機(jī)體維持正常的新陳代謝和生活史過程，如生長、發(fā)育、繁殖和擴(kuò)散等。食物質(zhì)量的變化如何影響生活史性狀的資源分配？特別是對(duì)四代接力跨國遷徙長達(dá)4800公里的帝王蝶來說，運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散如此重要的性狀卻很少有了解。

2022年5月16日nature旗下雜志在線發(fā)表了賓夕法尼亞州立大學(xué)Rudolf J. Schilder等科學(xué)家關(guān)于“幼蟲宿主植物種類對(duì)成體帝王蝶擴(kuò)散特征與飛行能量代謝影響Impacts of larval host plant species on dispersal traits and free-flight energetics of adult butterflies"一文,實(shí)驗(yàn)中的飛行能量代謝通過SSI流通式呼吸代謝高級(jí)技術(shù)配置方案進(jìn)行設(shè)置測(cè)量，并獲取靜息代謝率（RMR）和飛行代謝率（FMR），以及呼吸商（RQ）,部分結(jié)果如下圖：

   帝王蝶呼吸室內(nèi)5分鐘的二氧化碳濃度（a）以及幼體時(shí)食用不同乳草種類帝王蝶的飛行代謝率（b）、靜息代謝率（c）和呼吸商（d）,見上圖Fig.2.可以看出，均一化的飛行代謝率（FMR）受幼體飲食種類顯著影響（b）,如取食CUR和SPE顯著高于SUL乳草的FMR；靜息代謝率（RMR）在幼蟲不同食物組也有顯著差異（c），如SPE組顯著高于SUL、VER和SYR乳草組，而且CUR高于SUL乳草組。結(jié)果幼體時(shí)食物種類除了影響成體飛行能量消耗，還會(huì)影響其能量維持成本。

   幼體時(shí)食物種類未影響成體帝王蝶飛行時(shí)的平均呼吸商（d）,平均RQ值在1.3-1.4之間變化，與其它研究結(jié)果類似，推論較高的RQ值可能在于昆蟲飛行活動(dòng)期間使用磷酸戊糖途徑引起的。

    乳草產(chǎn)生的強(qiáng)心甾毒素與體內(nèi)富集、呼吸代謝和肌肉系統(tǒng)的相互作用（Fig.3）,不同乳草種類成體帝王蝶翅膀強(qiáng)心甾含量（Fig.3a）,TUB、VER不含強(qiáng)心甾；靜息代謝率RMR與翅膀強(qiáng)心甾含量關(guān)系（Fig.3b）；飛行代謝率（FMR）與翅膀強(qiáng)心甾含量關(guān)系（Fig.3c）; 飛行肌肉比率與翅膀強(qiáng)心甾含量關(guān)系（Fig.3d）。如圖所示，幼體時(shí)取食CUR乳草后成體帝王蝶翅膀強(qiáng)心甾含量顯著高于其它7種乳草（Fig.3a），強(qiáng)心甾含量是靜息和飛行能量消耗重要的預(yù)測(cè)因子（Fig.3b,c），支持了幼體時(shí)暴露較高強(qiáng)心甾含量導(dǎo)致成體需要更多能量消耗的假設(shè)。

    能量消耗和飛行肌肉比率相關(guān)性（Fig.4）,飛行肌肉比率分別解釋了單位體重飛行和靜息代謝率的42%和59%的變化。

   研究結(jié)果表明，成年帝王蝶的飛行肌肉投資、飛行能量學(xué)和能量維護(hù)成本取決于其幼蟲的寄主植物種類，并與成蟲體內(nèi)累積的乳草屬植物產(chǎn)生的強(qiáng)心甾毒素濃度相關(guān)。研究結(jié)果認(rèn)為，寄主植物物種可以通過影響飛行時(shí)的能量需求來影響帝王蝶遷徙規(guī)律。

附帝王蝶能量代謝測(cè)量技術(shù)方案：采用定制SSI昆蟲呼吸代謝測(cè)量系統(tǒng)，主要由高精度雙通道氧氣分析儀、二氧化碳分析儀搭建成推氣（PUSH）、*開放式的8通道測(cè)量系統(tǒng)，飛行代謝測(cè)量過程中采用珀?duì)柼峋_溫控28℃以防止顫抖性產(chǎn)熱干擾，是目前世界上的可精確量化微小動(dòng)物不同行為狀態(tài)能量消耗的高性能集成裝置，可廣泛用于各類微小生物的生理生態(tài)、進(jìn)化生物學(xué)、環(huán)境耐受性、病媒傳播等復(fù)雜生命科學(xué)問題研究等。

參考資料

1.Victoria M. Pocius,Staci Cibotti,Swayamjit Ray,Obenewa Ankoma-Darko,Nathaniel B.McCartney,Rudolf J.Schilder,and Jared G.Ali.Impacts of larval host plant species on dispersal traits and free-flight energetics of adult butterflies[J].

2.昆蟲呼吸代謝定制系統(tǒng)Invertebrate Respirometry-Sable Systems International.

3.帝王蝶大遷徙 | 每一個(gè)不曾起舞的日子，都是對(duì)生命的辜負(fù).