夜行迁徙昆虫视觉奥秘：澳洲布冈蛾复眼与单眼的超微结构及光感受机制研究

《Journal of Comparative Physiology A》：The visual system of a nocturnal long-distance migrant, the Australian Bogong moth

本期推荐发表于《Journal of Comparative Physiology A》的一项研究。为解决布冈蛾(Agrotis infusa)长距离夜间迁徙的视觉导航机制问题，研究人员系统开展了其视觉系统的形态学、超微结构及视蛋白表达谱研究。结果揭示其复眼为典型重叠型，单眼具双层视网膜结构；表达UV、Blue、LW1和LW2四种视蛋白，其中LW2为红移型长波敏感视蛋白。该研究首次发现蛾类单眼可形成聚焦图像，为理解夜间迁徙昆虫的视觉适应提供了重要分子与解剖学基础。

　　

每年夏季，数百万只澳洲布冈蛾(Agrotis infusa)会开启一场生命壮游——从繁殖地飞行上千公里抵达阿尔卑斯山脉的洞穴避暑。这种夜行性迁徙昆虫如何在天文导航中精准定向，始终是学界未解之谜。尤其在星光照度仅为人眼感知阈值百分之一的极暗环境下，其视觉系统是否存在特殊适应机制，成为揭示夜间迁徙奥秘的关键。

以往研究已知布冈蛾能整合地磁与视觉信息导航，但其视觉系统的结构功能基础仍属空白。对此，由瑞典隆德大学领衔的国际团队在《Journal of Comparative Physiology A》发表论文，首次系统性揭示了布冈蛾复眼与单眼的超微结构、光学特性及视蛋白分子机制。研究通过显微CT、电镜技术、原位杂交及体外光谱分析等多技术联用，构建了该物种迄今最完整的视觉图谱。

关键技术方法包括：利用显微CT和扫描电镜(SEM)重构头部三维结构；通过透射电镜(TEM)解析视网膜超微构造；采用体外表达系统测定四种视蛋白(AinfUV, AinfBlue, AinfLW1, AinfLW2)的吸收光谱；结合原位杂交技术定位视蛋白在复眼与单眼的表达分布。实验样本为2015-2025年间从科修斯科国家公园采集的迁徙期与夏蛰期成虫。

复眼形态呈现典型夜行性适应

研究显示布冈蛾复眼由3800-4100个小眼构成，具备重叠型眼睛( superposition eye )的典型特征：F值低至0.57，光学灵敏度高达41.4 μm2·sr，较昼行昆虫高数百倍，显著增强暗光成像能力。

视网膜感杆(rhabdom)呈分层结构，由8个光感受器细胞(R1-R8)构成。其中背缘区(DRA)感杆为方形截面，可能用于偏振光探测；主视网膜区感杆呈花瓣形，R1细胞主导远端微绒毛排列，R2-R7形成六指状放射结构，R8位于近端。

单眼光学系统突破传统认知

研究首次发现布冈蛾单眼具有复杂双层视网膜结构：远端为75个大型紫外敏感细胞，近端含108个小型长波敏感细胞。通过悬滴法测定其透镜焦距约190μm，背焦距离35μm，可形成聚焦图像于视网膜层面。

透镜存在色差现象：短波光聚焦于远端视网膜，长波光聚焦于近端，与双层视网膜的光谱敏感性相匹配。空间频率截止值达0.5周期/度，光学质量接近大型昆虫单眼。

视蛋白谱系揭示光谱感知多样性

分子鉴定发现四种功能型视蛋白：AinfUV(λ_max=362nm)、AinfBlue(427nm)、AinfLW1(547nm)和AinfLW2(555nm)。其中LW2为夜蛾总科特有的逆转录基因衍生物，红移8nm的特性可能增强对星光的敏感性。

表达谱分析显示：复眼背区以UV-LW1感光单元为主，腹区增加Blue-LW1单元，形成背腹功能分化；单眼仅表达UV、LW1和LW2，缺乏Blue视蛋白。

原位杂交进一步证实单眼双层视网膜的光谱分工：远端细胞专司UV感知，近端细胞共表达LW1/LW2，这种结构与色差补偿机制可能提升光谱信息提取效率。

视觉系统适应性支撑迁徙行为

研究表明，布冈蛾复眼的高光学灵敏度与单眼的聚焦成像能力，共同构成其夜间迁徙的视觉基础。复眼背腹区的光谱敏感性分化可能分别用于天体导航与地形识别，而单眼双层视网膜结构或许通过色差补偿机制优化不同波段光信号采集。尤其LW2视蛋白的红移特性，与星光富含长波的特点相契合，可能是对星象导航的特殊适应。

该研究首次揭示蛾类单眼具备空间成像潜力，挑战了传统认为昆虫单眼仅能进行亮度检测的认知。复眼与单眼在光谱敏感性与空间信息处理上的互补分工，为理解夜间迁徙昆虫的多模态感官整合提供了新视角。这些发现不仅阐明布冈蛾惊人导航能力的视觉基础，也为夜行性昆虫的视觉生态进化研究树立了新范式。