同位素揭秘北美帝王蝶迁徙奥秘：种群结构与蜜源新发现

研究人员通过测量帝王蝶翅膀和脂质的 δ2H，探究其种群结构和蜜源起源，发现北部繁殖区贡献增加等重要结果，助力保护。

　　帝王蝶（Danaus plexippus）的迁徙之旅堪称自然界的传奇。每年，北美东部的帝王蝶都会展开一场跨越数千公里的长途跋涉，从美国和加拿大的繁殖地飞向墨西哥中部的越冬栖息地。它们在途中需要精准导航，寻找安全的停歇地和充足的食物，储备足够的能量以完成这一艰巨的旅程。然而，目前关于帝王蝶生态生理学的诸多关键问题仍未得到解答。例如，它们在秋季迁徙时如何通过花蜜补充能量，将植物碳水化合物转化为储存脂质，并且确保抵达越冬栖息地时拥有足够的脂质储备来度过漫长的冬季禁食期，这些过程与迁徙距离、途中天气、越冬条件以及次年春季首次产卵期的种群补充限制因素之间存在怎样的关联？另外，之前的研究虽然关注过帝王蝶的脂质水平，但对脂质 δ²H 值缺乏深入探究，而且对于低脂质水平的帝王蝶是在迁徙途中补充能量，还是因无法补充而死亡，也尚无定论。在这样的背景下，为了深入了解帝王蝶的迁徙奥秘，来自加拿大西安大略大学（University of Western Ontario）、加拿大环境与气候变化部（Environment and Climate Change Canada）以及墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de Mexico）的研究人员 Keith A. Hobson、M. Isabel Ramirez 等人展开了相关研究，研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要运用了稳定同位素分析技术。他们沿着帝王蝶从安大略南部到墨西哥中部越冬地的迁徙路线，在 7 个迁徙区域和 2 个越冬地点采集了 2019 - 2021 年秋季迁徙的帝王蝶样本。通过测量样本翅膀和储存脂质中的稳定氢同位素（δ²H）浓度，结合同位素地图（isoscape）和相关统计分析方法，推断帝王蝶的出生地和蜜源来源。

研究结果如下：

1. 帝王蝶的出生地分析：研究人员更新了帝王蝶翅膀 δ²H 的校准方程，并创建了相应的同位素地图。通过空间明确分配和分类分配两种方法预测帝王蝶的出生地。空间明确分配分析显示，在墨西哥捕获的帝王蝶，其出生地主要集中在北部和中部地区。分类分配分析发现，秋季迁徙采样点的帝王蝶，其来自北部、中部和南部地区的比例存在差异。在 2021 年，来自中部地区的帝王蝶比例较高。而且，通过这两种方法都得出，北部地区繁殖的帝王蝶在越冬种群中的占比在不同年份有所变化，在 2019 - 2021 年间，这一比例分别为 30%、47% 和 53%，高于以往的报道。
2. 脂质 δ²H 值分析：脂质 δ²H 值在不同采样地点和年份存在显著差异。在 2019 和 2020 年，从安大略 / 爱荷华到俄克拉荷马，脂质 δ²H 值总体呈上升趋势，之后逐渐下降至越冬地点。俄克拉荷马的脂质 δ²H 值较高，可能反映了当地的花蜜采集情况。从俄克拉荷马向南，在 2019 和 2021 年，脂质 δ²H 值持续下降至越冬地点，且在墨西哥中部和越冬地点，脂质 δ²H 值的方差减小，这表明越冬种群的花蜜来源相似，高海拔地区的花蜜资源对帝王蝶在越冬前的能量储备可能至关重要。
3. 翅膀特征与出生地关系：研究还发现，帝王蝶的总翅膀表面积和前翅长度与 δ²H_wing值呈负相关，即出生地越靠北，翅膀面积越大，这与之前关于远距离迁徙帝王蝶翅膀更长的研究结果相符。

研究结论和讨论部分表明，该研究通过对帝王蝶翅膀 δ²H 值的分析，揭示了秋季迁徙种群结构的年际变化以及越冬种群的出生地来源，这可能与气候和干旱等因素有关。同时，脂质 δ²H 值的分析支持了高海拔花蜜采集地对帝王蝶越冬生存至关重要的观点。这一研究成果对帝王蝶的保护具有重要意义，研究显示帝王蝶繁殖地的种群来源发生了向北移动的变化，这可能与气候变化有关。因此，加拿大需要更加重视对北部帝王蝶繁殖地的保护和支持。此外，研究还强调了在帝王蝶迁徙路线上建立保护区的必要性，特别是在越冬栖息地附近，以确保它们在长途迁徙后能够恢复能量。同时，研究人员建议未来应每年对越冬帝王蝶进行同位素分析，定期对迁徙路线上关键地点的帝王蝶进行同位素监测，以更好地了解其种群动态和保护需求。

总的来说，这项研究为帝王蝶的保护提供了重要的科学依据，有助于我们更好地理解这一神奇生物的迁徙生态，为保护策略的制定提供了关键信息，也为未来进一步研究帝王蝶的生态和保护奠定了坚实基础。