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在进化生态学领域,为探究蛾类成虫体型与生活史特征的关系,研究人员以欧洲夜蛾科(Erebidae)昆虫为对象展开研究。结果发现,成虫体型与取食木本植物及单化性正相关,与幼虫食性特化及成虫昼夜活动无关。该研究为理解昆虫进化提供新视角。
在奇妙的昆虫世界里,每种动物都有着独特的 “生存密码”,而体型就是其中极为关键的一环。它影响着动物的繁殖、寿命、对温度的耐受能力,甚至和种群密度、灭绝风险都有着千丝万缕的联系。在鳞翅目昆虫中,以往研究发现体型和诸多生活史特征似乎存在关联,比如体型小的物种幼虫食性更专一,常以低矮植物为食;体型大的则多与木本植物有关,还可能是单化性(univoltine) 。然而,这些关系并不稳定,不同研究结果差异较大,而且以往研究多集中于少数类群,忽略了物种间的进化关系,对于这些特征关联背后的因果关系更是知之甚少。
为了揭开这些谜团,来自德国哥廷根大学(University of G?ttingen)和奥地利维也纳大学(University of Vienna)的研究人员,把目光聚焦在了欧洲夜蛾科(Erebidae)昆虫上。这一科昆虫种类繁多,全球超过 24,500 种,体型差异大,生态多样,是绝佳的研究对象。研究发表在《Evolutionary Ecology》上,为我们深入了解昆虫进化提供了重要线索 。
研究人员开展这项研究时,运用了多种关键技术方法。首先是物种选取,他们依据相关文献,精心挑选了 281 种欧洲夜蛾科昆虫,并排除了一些特殊分布及信息不可靠的物种。然后通过获取 7 个核基因和线粒体细胞色素氧化酶亚基 I(COI)基因的条形码区域序列,构建系统发育树,以此明确物种间的进化关系。对于物种的各项特征,如体型、幼虫食性特化程度、资源类型、化性和成虫昼夜活动等,他们从文献及专业在线资源中收集整理。最后利用 R 软件进行系统发育信号计算、构建系统发育广义最小二乘法(PGLS)模型,还使用 Pagel’s 模型检验性状的相关性进化 。
研究结果
- 系统发育重建与物种特征分布:系统发育重建结果与先前一些研究模式相符,明确了部分亚科和属的分类地位。研究涉及的夜蛾科昆虫平均翅展在 13.5 - 93mm 之间,呈对数正态分布。化性方面,单化性和多化性物种数量相近,而其他生活史特征在不同类别间分布不均,食性特化和成虫昼夜活动中,多食性和夜行性物种分别占比超 60% 。
- 系统发育信号:体型的系统发育信号很强,符合布朗运动模型。在生态特征中,资源类型的系统发育保守性最强,意味着其进化过程中转变较少;食性特化的信号也较强,但由于分类简单需谨慎看待;昼夜活动的保守性较弱,化性则最为不稳定,在鳞翅目昆虫中进化转变频繁 。
- 体型与生活史特征的关系:研究表明,幼虫食性特化与成虫体型无关,这和以往一些研究相悖。资源类型与成虫体型紧密相关,取食木本植物的幼虫对应的成虫平均比取食草本植物的大 42%,比取食替代资源的大 74%。化性也与体型有关,单化性物种平均比多化性物种大 36%。而昼夜活动与成虫体型无明显关系 。
- 相关性状进化:资源类型和化性与体型存在关联。资源类型影响体型进化,取食木本植物利于体型增大,取食草本植物则相反。化性受体型影响,小体型物种更易向多化性转变,大体型物种多为单化性。此外,资源类型和化性相互影响,木本植物取食者倾向单化性,草本植物取食者多为多化性 。
研究通过对欧洲夜蛾科昆虫的研究发现,体型与幼虫食物资源类型、化性密切相关。较小体型在取食草本植物或替代资源的物种中更常见,有助于实现一年多代,能更快适应环境变化。而资源类型和化性相互依赖进化,这对理解昆虫进化意义重大。不过,研究仅针对欧洲物种,不同地区可能存在差异,且部分物种信息缺失。未来还需对更多地区的夜蛾科昆虫开展研究,完善生物数据,深入探索昆虫进化生态学的奥秘 。