雌性与二态雄性蜣螂代谢差异的进化机制：四种金龟子代谢率比较研究

本研究针对自然界普遍存在的性别二态性和雄性二态现象，探讨了不同发育途径和繁殖策略如何影响能量代谢。研究人员通过流式呼吸测量法测定四种蜣螂（Onthophagus taurus、O. hecate、Oxysternon silenus和Phanaeus vindex）雌性与大角/小角雄性的CO2排放量，发现O. taurus和P. vindex中雌性代谢率显著高于雄性，而雄性形态间无差异。该研究首次系统比较了性别与雄性二态对代谢的影响，为理解替代繁殖策略的维持机制提供了新视角。

　　

在自然界中，雄性动物为争夺交配权常演化出夸张的武器结构，如鹿角、螯钳等，而蜣螂的角状突起更是研究性别二态性和雄性二态的经典模型。这些形态差异背后隐藏着怎样的能量代价？美国田纳西大学诺克斯维尔分校（University of Tennessee, Knoxville）的Alexander T. Killeffer团队在《Integrative Organismal Biology》发表的研究，首次系统比较了四种蜣螂雌性与二态雄性的代谢差异，揭示了繁殖策略与能量分配的复杂关系。

研究采用流式呼吸测量技术（flow-through respirometry），在15°C条件下测量了189只野外采集蜣螂的CO₂排放量，通过控制体重和活动水平等变量，分析了雌性、大角雄性（major males）和小角雄性（minor males）的代谢差异。样本涵盖两个族（Onthophagini和Phanaeini）的四个物种，包括北美常见的O. taurus和南美的O. silenus等代表性种类。

代谢率差异的物种特异性
研究发现代谢差异具有显著物种特异性：在O. taurus中，雌性CO₂产量比大角雄性高33.4%，比小角雄性高24.8%；P. vindex中雌性代谢率比大角雄性高30.7%。但O. hecate和O. silenus的性别间无显著差异。这一结果颠覆了"雄性形态决定代谢成本"的传统假设。

雄性二态无代谢差异
尽管小角雄性在发育途径（共享双性基因dsx调控）和生殖投资（更大的睾丸和精子质量）上更接近雌性，但所有物种的雄性形态间均未发现代谢率差异。例如O. taurus中小角雄性代谢仅比大角雄性高12.9%（P=0.683），说明角器发育的能量成本可能被体型异速生长抵消。

发育与繁殖的权衡机制
研究揭示了能量分配的复杂模式：双性基因（doublesex, dsx）虽同时调控性别二态性和营养依赖的角器发育，但代谢率却未呈现预期梯度。在部分物种中，雌性更高的代谢可能反映卵子生产的能量需求（Hayward和Gillooly 2011理论），而雄性通过调节精液投资（如O. silenus）可能平衡了繁殖代价。

这项研究首次证实：在蜣螂中，能量权衡主要发生在性别之间而非雄性形态之间。这一发现挑战了替代繁殖策略的经典能量权衡理论，提示维持雄性二态的机制可能比传统认知更复杂。未来研究需结合行为观测（如求偶时的代谢变化）和分子机制（如dsx下游通路），才能全面解析形态-代谢-繁殖策略的协同演化关系。