极端种内两性异形物种中利用表皮碳氢化合物识别配偶的机制研究

研究人员针对昆虫交配过程中短程化学通讯的关键问题，以泥蜂Odynerus spinipes为模型，探究了表皮碳氢化合物(CHCs)在配偶识别中的作用。通过行为学实验和化学分析，发现雌蜂年龄相关的甲基支链烷烃含量变化显著影响雄性求偶行为，揭示这类化合物可能作为"抗催情素"调控交配时机。该研究为理解昆虫化学通讯的分子机制提供了新视角。

　　

在昆虫世界中，化学信号如同精密的生物密码，决定着物种繁衍的成功与否。其中表皮碳氢化合物(CHCs)作为覆盖昆虫体表的蜡质层，不仅具有防止水分流失的生理功能，更在性选择中扮演着关键角色。然而，这些化学信号如何随个体发育动态变化并影响交配行为，特别是在具有极端种内两性异形的物种中，仍是未解之谜。德国弗莱堡大学(University of Freiburg)进化生物学与生态学系的研究团队选择泥蜂Odynerus spinipes这一独特模型，其雌性个体可表达两种截然不同的CHCs化学型，为探究化学通讯的进化机制提供了理想窗口。

这项发表在《Journal of Chemical Ecology》的研究，首次系统揭示了甲基支链烷烃作为"抗催情素"调控交配时机的分子机制。研究人员通过构建雄性求偶行为图谱，发现成熟雄性不会对刚羽化的雌性产生兴趣。利用化学提取物包被假体实验证实，3日龄雌性的CHCs提取物比0日龄更具吸引力。气相色谱-质谱(GC-MS)分析显示，这种吸引力变化与甲基支链烷烃含量显著降低相关，而雄性个体终生保持高含量特征。这些发现为理解昆虫化学通讯的复杂调控网络提供了新见解。

关键技术方法包括：1) 野外采集泥蜂预蛹进行实验室饲养建立年龄控制样本；2) 视频记录分析构建雄性求偶行为图谱；3) 固相微萃取(SPME)和溶剂提取法获取不同发育阶段CHCs；4) 假体包被行为实验验证化学信号功能；5) GC-MS结合多变量统计解析化学组成差异。

雄性交配行为
通过9对4-5日龄个体的观察，研究人员记录了高度保守的求偶序列：触角接触→骑乘→外生殖器伸展→交配→交配后生殖囊外翻。值得注意的是，该行为模式在两种化学型雌性间无差异，暗示两套化学信号系统可能共享相同的性信息素编码机制。

雌性CHCs对雄性的吸引力
假体选择实验显示，当雄性同时接触0日龄和3日龄雌性CHCs包被的假体时，对后者的求偶行为评分显著更高(p=0.017)。这一结果首次证实CHCs组成变化直接影响性吸引力，且该效应在两种化学型中均存在。

0日龄与3日龄雌性CHCs差异
非度量多维标度(NMDS)分析显示，两种化学型雌性的CHCs随年龄发生规律性变化。主成分分析(PCA)鉴定出11-/9-甲基C₂₃、13-/11-/9-甲基C₂₅等关键化合物，它们在雌性羽化3天后含量降低70%以上，而在雄性中保持稳定。这些甲基支链烷烃构成了区分性别的化学标签。

讨论部分指出，甲基支链烷烃可能通过双重机制优化繁殖成功率：既避免雄性间误交配，又保护未成熟雌性免受骚扰。这种"化学拟态"策略在膜翅目中尚属首次报道。与果蝇等模式生物不同，O. spinipes通过抑制信号而非增强信号来调控交配时机，展现了化学通讯进化的多样性。研究还提出，两种化学型雌性可能通过不同不饱和烃(奇数位双键与偶数位双键)传递相同的性信息，这一发现为理解信息素受体系统的进化可塑性提供了新思路。

Victoria C. Moris领衔的这项研究，不仅揭示了甲基支链烷烃作为新型抗催情素的功能，更建立了泥蜂作为研究化学通讯与性选择互作的新模型。该成果对害虫防治策略开发（如干扰交配）具有潜在应用价值，也为探索动物行为与化学生态的分子基础开辟了新途径。