塑造帝王蝶迁移生物学的环境与遗传条件

《Animal Behaviour》：Environmental and genetic conditions shaping monarch butterfly migration biology

　　

北美帝王斑蝶 Danaus plexippus 每年秋天向南迁徙，但启动其迁徙飞行的机制仍不清楚。我们使用三种飞行模拟器研究了塑造定向飞行的环境、发育和遗传因素：两个在地面（有和没有挡风设施）和一个新型基于气球将蝴蝶升至空中 30 米的系统。我们测试了夏季和秋季世代的帝王斑蝶，以及在类似秋季条件下于培养室中饲养的夏季帝王斑蝶，以评估发育影响。秋季世代帝王斑蝶仅在气球模拟器测试中显示出显著的西南向飞行定向，凸显了高空飞行的重要性。在类似秋季条件下饲养的夏季帝王斑蝶显示出向南定向、更大的翅膀和部分生殖滞育，表明仅季节信号即可诱导迁徙特征。相比之下，自 2016 年以来在圈养条件下维持的实验室饲养帝王斑蝶谱系显示出翅膀尺寸减小和定向受损，即使在秋季户外饲养也是如此，这表明在多个世代无迁徙后迁徙特征丧失。出乎意料的是，许多蝴蝶在气球模拟器中迎风定向，表明风可能作为方向信号。这些发现揭示了帝王斑蝶迁徙的关键环境和遗传影响，并确立了气球飞行模拟器作为研究迁徙行为的有价值工具，对变化气候下的保护具有意义。

章节片段

动物饲养

帝王斑蝶毛虫于 2023 年 6 月初在美国伊利诺伊州芝加哥附近的野外采集。它们被安置在网状弹出笼（30.5 cm³）中，可以持续接触其宿主植物普通马利筋 Asclepias syriaca。为了防止寄生虫 Ophryocystis elektroscirrha（OE）感染，每天收集新鲜马利筋，并在喂食前使用 1:19 漂白剂水溶液进行表面灭菌。成虫羽化后，通过按压筛选个体是否带有 OE 孢子

结果与讨论

在夏季野外组中，蝴蝶在任何飞行模拟器中均未表现出显著的定向性（表 1，图 1b）。这与先前的发现一致，即由于帝王斑蝶夏季不迁徙，夏季世代帝王斑蝶不显示定向飞行（Green 等，2024；Tenger-Trolander 等，2019）。相比之下，据推测具有迁徙性的秋季野外世代仅在气球飞行模拟器中显示出强烈的西南定向性；在

作者贡献

Hsiang-Yu Tsai: 撰写 - 初稿，可视化，验证，项目管理，方法论，形式分析，数据管理，构思。 Cristian E. Molina: 撰写 - 审阅与编辑，数据管理，构思。 John M. Pleasants: 撰写 - 审阅与编辑，资源，构思。 Marcus R. Kronforst: 撰写 - 初稿，项目管理，经费获取，构思。

数据可用性

支持我们分析的数据和代码可在 Zenodo（https://doi.org/10.5281/zenodo.15538252）和 GitHub（https://github.com/manto1213/Environmental-Developmental-and-Genetic-Conditions-Shaping-Monarch-Butterfly-Migration-Behavior.git）分别获取。

利益声明

无。

致谢

我们感谢 Sheng-Feng Shen 帮助设计气球飞行模拟器，Matthias Steinrücken 协助飞行数据分析，Vaibhhav Sinha 帮助树莓派编码以及 Keith Bidne 在爱荷华州立大学维持帝王斑蝶实验室群落并提供蝶卵。我们还要感谢 Molina 家族在野外工作期间对交通的支持，芝加哥大学 Warren Woods 生态野外站的工作人员的热情款待以及 Trevor

Hsiang-Yu Tsai|Cristian E. Molina|John M. Pleasants|Marcus R. Kronforst

芝加哥大学生态与进化系，美国伊利诺伊州芝加哥