動物從它們的食物中獲取資源，并分配給有機體維持正常的新陳代謝和生活史過程，如生長、發(fā)育、繁殖和擴散等。食物質(zhì)量的變化如何影響生活史性狀的資源分配？特別是對四代接力跨國遷徙長達4800公里的帝王蝶來說，運動和擴散如此重要的性狀卻很少有了解。

2022年5月16日nature旗下Communications Biology雜志在線發(fā)表了賓夕法尼亞州立大學Rudolf J. Schilder等科學家關于“幼蟲宿主植物種類對成體帝王蝶擴散特征與飛行能量代謝影響Impacts of larval host plant species on dispersal traits and free-flight energetics of adult butterflies”一文,實驗中的飛行能量代謝通過SSI流通式呼吸代謝技術配置方案進行設置測量，并獲取靜息代謝率（RMR）和飛行代謝率（FMR），以及呼吸商（RQ）,部分結果如下圖：

帝王蝶呼吸室內(nèi)5分鐘的二氧化碳濃度（a）以及幼體時食用不同乳草種類帝王蝶的飛行代謝率（b）、靜息代謝率（c）和呼吸商（d）,見上圖Fig.2.可以看出，均一化的飛行代謝率（FMR）受幼體飲食種類顯著影響（b）,如取食CUR和SPE顯著高于SUL乳草的FMR；靜息代謝率（RMR）在幼蟲不同食物組也有顯著差異（c），如SPE組顯著高于SUL、VER和SYR乳草組，而且CUR高于SUL乳草組。結果幼體時食物種類除了影響成體飛行能量消耗，還會影響其能量維持成本。

幼體時食物種類未影響成體帝王蝶飛行時的平均呼吸商（d）,平均RQ值在1.3-1.4之間變化，與其它研究結果類似，推論較高的RQ值可能在于昆蟲飛行活動期間使用磷酸戊糖途徑引起的。

乳草產(chǎn)生的強心甾毒素與體內(nèi)富集、呼吸代謝和肌肉系統(tǒng)的相互作用（Fig.3）,不同乳草種類成體帝王蝶翅膀強心甾含量（Fig.3a）,TUB、VER不含強心甾；靜息代謝率RMR與翅膀強心甾含量關系（Fig.3b）；飛行代謝率（FMR）與翅膀強心甾含量關系（Fig.3c）; 飛行肌肉比率與翅膀強心甾含量關系（Fig.3d）。如圖所示，幼體時取食CUR乳草后成體帝王蝶翅膀強心甾含量顯著高于其它7種乳草（Fig.3a），強心甾含量是靜息和飛行能量消耗重要的預測因子（Fig.3b,c），支持了幼體時暴露較高強心甾含量導致成體需要更多能量消耗的假設。

能量消耗和飛行肌肉比率相關性（Fig.4）,飛行肌肉比率分別解釋了單位體重飛行和靜息代謝率的42%和59%的變化。

研究結果表明，成年帝王蝶的飛行肌肉投資、飛行能量學和能量維護成本取決于其幼蟲的寄主植物種類，并與成蟲體內(nèi)累積的乳草屬植物產(chǎn)生的強心甾毒素濃度相關。研究結果認為，寄主植物物種可以通過影響飛行時的能量需求來影響帝王蝶遷徙規(guī)律。

附帝王蝶能量代謝測量技術方案：采用定制SSI昆蟲呼吸代謝測量系統(tǒng)，主要由高精度雙通道氧氣分析儀、二氧化碳分析儀搭建成推氣（PUSH）、完全開放式的8通道測量系統(tǒng)，飛行代謝測量過程中采用珀爾提精確溫控28℃以防止顫抖性產(chǎn)熱干擾，是目前世界上的可精確量化微小動物不同行為狀態(tài)能量消耗的高性能集成裝置，可廣泛用于各類微小生物的生理生態(tài)、進化生物學、環(huán)境耐受性、病媒傳播等復雜生命科學問題研究等。

參考資料

1、Victoria M. Pocius,Staci Cibotti,Swayamjit Ray,Obenewa Ankoma-Darko,Nathaniel B.McCartney,Rudolf J.Schilder,and Jared G.Ali.Impacts of larval host plant species on dispersal traits and free-flight energetics of adult butterflies[J].Communications Biology,2022,5(1).

2、昆蟲呼吸代謝定制系統(tǒng)Invertebrate Respirometry-Sable Systems International. https://www.sablesys.com/applications/physiology/invertebrate-respirometry/

3、帝王蝶大遷徙 | 每一個不曾起舞的日子，都是對生命的辜負. https://www.sohu.com/a/107746786_383634