气候适应性差异下三种胡蜂幼虫与蛹的呼吸代谢及能量需求研究

本研究针对广泛分布于不同气候带的三种胡蜂（Polistes dominala、P. gallicus、P. biglumis），通过测定幼虫和蛹在5-45℃温度梯度下的CO2排放量，结合巢穴微环境数据，首次量化了其发育阶段的能量需求。研究发现地中海气候的P. gallicus幼虫代谢率显著低于其他物种，而高山物种P. biglumis因低温环境具有最低能量消耗。模拟气候变暖（+3℃）显示高山种群能量需求增幅最高达24%，为理解昆虫气候适应机制及气候变化脆弱性评估提供了关键生理学依据。

　　

在气候变化加剧的背景下，昆虫如何通过生理调节适应不同气候环境是生态学研究的重要课题。作为全球分布的典型社会性昆虫，胡蜂属（Polistes）物种栖息地从地中海沿岸延伸至阿尔卑斯山区，其幼虫和蛹的代谢特性与能量分配策略长期缺乏系统研究。由于这些发育阶段完全依赖成蜂供食且无法自主移动，其能量收支直接影响种群繁衍成功率。然而，学界对以下问题仍知之甚少：不同气候带胡蜂的发育阶段是否存在代谢冷适应（Metabolic Cold Adaptation, MCA）？未来气温上升将如何改变其能量预算？

奥地利格拉茨大学（University of Graz）的H. Kovac团队联合丹麦奥胡斯大学（Aarhus University）研究人员，选取温带中欧的P. dominala、地中海气候的P. gallicus和高山环境的P. biglumis，通过多通道呼吸代谢测量系统（RM Gas Flow Multiplexer结合URAS 14红外CO₂分析仪），在5-45℃范围内测定幼虫和蛹的CO₂排放量（VCO₂），并结合巢穴微气候记录（MSR Electronics数据采集仪）计算完整繁殖季的能量需求。相关成果发表于《Insectes Sociaux》。

关键技术包括：（1）八通道间歇式呼吸测量系统测定CO₂释放速率；（2）差分氧分析仪（Oxzilla 2）测定呼吸商（RQ）；（3）长期巢穴温度监测（2018-2023年数据）；（4）基于Q₁₀模型的代谢温度敏感性分析；（5）气候变暖情景下的能量需求模拟（+1-3℃）。

代谢率与温度的关系
所有物种发育阶段的VCO₂均呈现"S"型增长曲线（图1），35℃以上出现代谢抑制趋势。质量标准化代谢率显示，P. gallicus幼虫在高温下代谢率显著低于其他物种（p<0.01），其Q₁₀均值（2.2-2.6）与其他物种无显著差异，否定了代谢冷适应假说在幼虫阶段的普适性。

能量需求的地理差异
高山物种P. biglumis因巢温最低（均值18.9℃），个体能量支出仅为温带和地中海物种的56-71%（图2）。值得注意的是，地中海巢穴实测温度（24.8℃）仅比温带巢穴（23.7℃）高1.1℃，显著低于气候标准值差异（4.4℃），表明温带种群通过巢址选择优化了微环境。

气候变暖的潜在影响
温度每上升1℃，能量需求增加6-24%，其中高山种群响应最敏感（图3）。这种非线性增长源于低温区间代谢率的指数特性，提示高山物种可能面临更严峻的气候压力。

该研究首次揭示：1）胡蜂发育阶段的代谢模式主要受微气候驱动而非气候带适应；2）P. gallicus幼虫独特的低代谢策略可能反映地中海气候下的能量节约机制；3）高山种群对升温的敏感性最高，其能量预算的急剧增加可能限制育幼效率。这些发现为预测社会性昆虫的气候变化响应提供了量化框架，强调微环境数据在生态模型中的重要性。研究采用的跨气候带比较方法，为后续昆虫生理生态学研究树立了新范式。