环境相对湿度对昆虫行为反应的影响会改变这种群居昆虫的聚集模式

《Ethology》：Plastic Behavioral Responses to Ambient Relative Humidity Influence Aggregation in a Large Gregarious Insect

成年马岛臭蟑螂在低相对湿度环境下更频繁地聚集，这种行为是湿度适应的塑性反应，通过聚集形成湿润微环境减少水分流失。该研究揭示了行为可塑性在应对环境压力中的重要性，为气候变化下大体积昆虫的生态适应提供依据。

　　在自然界中，昆虫的聚集行为常常是它们对环境压力的一种适应性反应，尤其是在面临脱水风险时。尽管这种行为在小型和幼体昆虫中得到了广泛研究，但对于大型成虫昆虫是否同样表现出类似的适应性行为，目前仍存在许多未知。本研究聚焦于马达加斯加发声蟑螂（*Gromphadorhina portentosa*），这是一种体型较大的昆虫，具有显著的群体聚集行为。通过在受控实验室环境中模拟其自然栖息地中的湿度变化，我们探讨了相对湿度（RH）对这种昆虫聚集行为的影响。研究发现，低湿度条件下，马达加斯加发声蟑螂的聚集行为更为显著，且聚集的个体比例更高，而湿度对聚集中的性别比例没有显著影响。这些结果支持了这样一个假设：聚集行为至少部分是马达加斯加发声蟑螂对干旱条件的一种可塑性适应反应，可能通过形成一个湿润的微环境来提高水分保持能力。本研究强调了大型昆虫在面对环境变化时行为可塑性的重要性，并提出了随着气候变化导致的湿度下降，可能会对这类昆虫及其生态角色产生深远影响。

### 聚集行为的普遍性与适应性

聚集行为在动物界中普遍存在，从昆虫到哺乳动物，许多物种都通过这种行为获得生存优势。对于昆虫而言，聚集不仅有助于体温调节和躲避捕食者，还对繁殖和资源获取具有积极作用。尤其是在干旱环境中，聚集行为被认为是减少水分流失的重要策略之一。例如，一些节肢动物通过聚集来降低个体的水分蒸发速率，因为群体内部形成的微环境可以显著提高局部湿度。这种行为在某些昆虫中尤为明显，如在低湿度条件下更倾向于聚集的德国蟑螂（*Blattella germanica*）。然而，对于体型较大的成虫昆虫，尤其是那些生活在森林地表的物种，其聚集行为是否同样受到湿度变化的影响，目前尚不清楚。

马达加斯加发声蟑螂作为一种社会性昆虫，其聚集行为在自然环境中已经引起了科学家们的关注。这种昆虫在野外通常栖息于落叶层中，其生存环境的湿度范围较广，从高湿度的雨季到低湿度的旱季。然而，随着气候变化的加剧，马达加斯加的气候模式正在发生变化，包括雨季的降水强度增加和旱季的持续时间延长。这种变化可能导致整体湿度水平的下降，进而对这类昆虫的生存和繁殖产生影响。因此，研究其聚集行为是否能够适应环境湿度的变化，对于理解气候变化对生态系统的影响具有重要意义。

### 实验设计与方法

为了探究湿度变化对马达加斯加发声蟑螂聚集行为的影响，本研究在实验室中设置了一种受控环境，模拟其自然栖息地中的湿度波动。实验对象为成年马达加斯加发声蟑螂，它们被随机分配到8个群体中，每个群体由4只个体组成。这些群体被轮流暴露在两种不同的湿度条件下：高湿度（75%–90% RH，模拟雨季）和低湿度（50%–65% RH，模拟旱季）。实验持续了4周，每周切换一次湿度条件，以确保每个群体都能经历两种环境。

在实验过程中，每个群体被放置在一个特制的实验箱中，箱内设有3厘米厚的水族石作为底垫，上方覆盖一层网格以实现水分的自然渗透，再覆盖一层椰纤维作为栖息材料。为了模拟不同的湿度条件，实验箱的顶部被部分覆盖，其中高湿度箱连接了一个加湿器，而低湿度箱则保持开放，以减少水分流失。实验箱的顶部覆盖了80%的透明有机玻璃板，以防止外部环境对箱内湿度的干扰，同时允许必要的空气流通。每日定时向实验箱中加入5毫升水和3克狗粮，以确保昆虫的基本生存需求。在每次数据收集前，蟑螂会先在设定的湿度条件下适应72小时，之后进行观察和记录。

为了量化聚集行为，研究者定义了“聚集”为个体之间发生身体接触或腿部接触。这种二元测量方法被用于评估个体之间的距离变化，从而间接反映聚集程度。此外，研究者还记录了聚集个体的性别比例，以判断湿度是否对性别之间的聚集行为产生差异。实验中使用的统计方法包括广义线性混合模型（GLMM），以分析湿度对聚集行为和聚集比例的影响。温度也被纳入模型作为协变量，因为温度变化可能与湿度变化共同影响昆虫的生理状态和行为表现。通过这种方式，研究者能够更全面地评估湿度对聚集行为的调控作用。

### 实验结果与分析

实验结果显示，湿度显著影响了马达加斯加发声蟑螂的聚集行为。在低湿度条件下，聚集行为的发生率更高，且个体之间的身体接触比例更大。这表明，在干燥环境中，蟑螂更倾向于聚集以减少水分流失。相反，在高湿度条件下，聚集行为的发生率较低，个体之间的接触也相对减少。这一发现与研究者的假设一致，即湿度越低，昆虫越需要通过聚集来保持体内水分。然而，湿度对聚集中的性别比例没有显著影响，说明无论是雄性还是雌性蟑螂，其聚集行为都受到湿度变化的相同驱动因素影响。

此外，温度在所有模型中均未表现出显著影响，这表明在实验条件下，温度的变化对蟑螂的聚集行为没有直接的调控作用。尽管温度可能与湿度存在一定的关联，但在本实验中，湿度是主要的环境变量，因此温度的影响被排除在主要分析之外。这一结果进一步支持了湿度作为关键环境因素的观点，说明昆虫的聚集行为更可能受到湿度变化的驱动，而不是温度。

### 聚集行为的生态意义

马达加斯加发声蟑螂的聚集行为不仅具有生理上的适应意义，还对生态系统的功能产生了重要影响。作为生态系统中的分解者，这些昆虫在有机物的分解和营养物质的循环中扮演着关键角色。它们通过聚集行为减少水分流失，这在干旱环境中尤为重要。然而，这种行为也伴随着一定的生态代价，例如可能增加捕食者的注意力或加剧个体之间的竞争。因此，昆虫在面对不同环境条件时，需要权衡聚集行为带来的利弊，以选择最适应的生存策略。

在自然环境中，马达加斯加发声蟑螂的聚集行为可能受到多种因素的共同影响，包括湿度、温度、食物供应以及种群密度等。然而，本研究主要关注湿度对聚集行为的影响，因为湿度变化被认为是昆虫应对干旱环境的关键生态压力。研究结果表明，湿度是影响这类昆虫聚集行为的重要环境因素，尤其是在湿度较低的情况下，聚集行为更加明显。这说明，昆虫在面对环境变化时，能够通过行为调整来优化其生存策略，从而提高种群的适应性和稳定性。

### 行为可塑性与气候变化的影响

行为可塑性是指个体或种群在面对环境变化时，能够调整其行为模式以适应新的条件。这种能力在小型昆虫中尤为常见，因为它们的体表面积与体积比较大，更容易受到水分流失的影响。然而，对于大型昆虫而言，这种行为可塑性是否同样存在，仍然是一个值得探讨的问题。本研究的结果表明，马达加斯加发声蟑螂作为一种大型昆虫，其聚集行为确实具有可塑性，能够根据环境湿度的变化进行调整。这种行为可塑性可能帮助它们在面对气候变化带来的湿度下降时，维持较高的生存率和繁殖成功率。

随着全球气候变化的加剧，许多地区正在经历湿度的显著变化，这可能对依赖聚集行为的昆虫种群产生深远影响。例如，在马达加斯加，近年来的气候变化导致了雨季降水的延迟和旱季的延长，使得整体湿度水平下降。这种变化可能会影响昆虫的聚集行为，进而影响其生存、繁殖和生态功能。研究者认为，这种行为可塑性可能在某些情况下成为昆虫适应环境变化的重要机制，但同时也可能带来新的生态挑战，例如捕食压力的增加或资源竞争的加剧。

### 研究的意义与未来方向

本研究的发现为理解大型昆虫如何应对环境变化提供了新的视角。马达加斯加发声蟑螂的聚集行为显示出对湿度变化的适应性反应，这表明即使是体型较大的昆虫，也可能通过行为调整来优化其生存策略。这一结果不仅丰富了我们对昆虫行为可塑性的认识，还为预测气候变化对生态系统的影响提供了重要的数据支持。

未来的研究可以进一步探讨其他环境因素对聚集行为的影响，例如温度、光照和食物供应。此外，研究者还可以比较不同种类的大型昆虫在面对湿度变化时的聚集行为差异，以了解这种适应性是否具有普遍性。在生态学和进化生物学领域，这种行为可塑性可能成为研究昆虫适应性进化的重要切入点。通过了解昆虫如何通过行为调整来应对环境压力，科学家可以更好地预测气候变化对生态系统的影响，并为保护和管理这些昆虫种群提供科学依据。

### 结论

综上所述，本研究揭示了马达加斯加发声蟑螂在面对湿度变化时的聚集行为表现出明显的可塑性。在低湿度条件下，这种昆虫更倾向于聚集，以减少水分流失并提高生存率。这一发现不仅支持了聚集行为作为昆虫应对干旱环境的一种适应性策略，还强调了行为可塑性在大型昆虫适应环境变化中的重要性。随着气候变化的加剧，湿度下降可能对这类昆虫的生存和繁殖产生影响，进而影响其在生态系统中的功能。因此，进一步研究昆虫的聚集行为及其与环境因素的关系，对于理解气候变化对生物多样性和生态系统稳定性的影响具有重要意义。