路易斯安那州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了氣候變化，帝王蝶和乳草植物之間的新關(guān)系。事實(shí)證明，變暖的溫度不僅直接影響君主Danaus plexippus，而且還可能通過(guò)將其喜愛(ài)的植物食物變成毒藥來(lái)影響這種蝴蝶。

路易斯安那州立大學(xué)生物科學(xué)系副教授Bret Elderd和博士學(xué)位Matthew Faldyn。來(lái)自德克薩斯州凱蒂的Elderd實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生今天與密歇根大學(xué)生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系和自然資源與環(huán)境學(xué)院的共同作者M(jìn)ark Hunter一起發(fā)表了他們的研究結(jié)果。該研究發(fā)表在該領(lǐng)域的領(lǐng)先期刊Ecology上。

“許多全球氣候變化研究都集中在一個(gè)物種上，以及該物種將如何受到氣候變化的影響，”Elderd說(shuō)。“但我們知道，實(shí)際上物種會(huì)相互作用，而且它們通常緊密地聯(lián)系在一起。”

一種這樣的物種相互作用是帝王蝶和馬利筋屬植物馬利筋屬。君主是馬利筋的專(zhuān)用飼養(yǎng)者。個(gè)體總是在乳草植物上產(chǎn)卵，幼蟲(chóng)僅在這種特定植物的不同種類(lèi)上發(fā)育。

“我們想探索物種相互作用，如君主和乳草的物種相互作用，隨氣候變化而變化，或氣候變化對(duì)帝王蝶通過(guò)它們所吃的植物產(chǎn)卵的間接影響，”Elderd說(shuō)。

Faldyn和Elderd發(fā)現(xiàn)，與氣候變化相關(guān)的局部變暖可以產(chǎn)生馬利筋的化學(xué)變化，當(dāng)它們和它們的幼蟲(chóng)以這種植物的某些物種為食時(shí)，尤其是非本地馬利筋草(Asclepias curassavica)，它們會(huì)影響帝王蝶。

“重要的是要了解通過(guò)乳草介導(dǎo)的變化如何影響帝王蝶，”法爾丁說(shuō)。

有幾種不同種類(lèi)的乳草，但它們都有一個(gè)共同的特征。它們?cè)谌~片組織中產(chǎn)生有毒化學(xué)物質(zhì)，稱為cardenolides，阻止大多數(shù)脊椎動(dòng)物捕食者。這些化學(xué)物質(zhì)屬于強(qiáng)心苷類(lèi)，干擾心臟和其他組織中的鈉鉀泵，如果大量攝入，甚至可以影響人類(lèi)。然而，君主已經(jīng)發(fā)展到在某一點(diǎn)上變?yōu)閷?duì)卡多內(nèi)酯具有耐受性。通過(guò)將卵產(chǎn)在含有對(duì)其掠食者有毒的卡多內(nèi)酯水平的乳草植物上，君主可以保護(hù)其毛蟲(chóng)后代免于被吃掉。在對(duì)馬利筋葉片進(jìn)行孵化和咀嚼之后，毛蟲(chóng)中充滿了卡多內(nèi)酯，這使得它們對(duì)大多數(shù)捕食者(如鳥(niǎo)類(lèi))的味道都很難聞。帝王蝶也將這種化合物隔離在它們的翅膀上。他們對(duì)比鮮明的橙色和黑色翅膀向藍(lán)鳥(niǎo)等鳥(niǎo)類(lèi)發(fā)出“不要吃我”的信號(hào)。

但是，如果乳草植物產(chǎn)生過(guò)多的這種有毒化學(xué)物質(zhì)，以植物葉子組織為食的毛蟲(chóng)可能會(huì)無(wú)意中毒害自己。

“對(duì)于君主蝴蝶來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)金發(fā)姑娘的情況。乳草中的這些化學(xué)物質(zhì)太少，植物不會(huì)保護(hù)君主毛蟲(chóng)免于進(jìn)食，”Elderd說(shuō)。“但這些化學(xué)物質(zhì)濃度太高也會(huì)傷害君主，減緩毛蟲(chóng)的發(fā)育，降低生存率。”

訣竅在于君主們發(fā)現(xiàn)一種乳草種類(lèi)，就其產(chǎn)生的cardenolides數(shù)量來(lái)說(shuō)恰到好處。在美國(guó)南部，這種理想的物種原來(lái)是入侵的馬利筋A(yù). curassavica，俗稱“熱帶馬利筋”，通常在園藝商店出售。

“A. curassavica很耐寒。它的葉子比其他大多數(shù)物種更長(zhǎng)，它一年四季開(kāi)花，使園藝師和房主更具吸引力，”Faldyn說(shuō)。這種植物通常以“美化你的院子，拯救蝴蝶”等標(biāo)語(yǔ)出售給房主。

君主們確實(shí)喜歡入侵的A. curassavica。事實(shí)上，在目前的氣候條件下，以這種馬利筋為食的成年君主表現(xiàn)出更高的存活率和體重。這是因?yàn)锳. curassavica含有完美量的cardenolides - 只是在太多的邊緣。但是，增加這種植物中的卡登內(nèi)酯水平的環(huán)境條件，例如溫度升高，可能會(huì)為君主建立一個(gè)生態(tài)陷阱。

當(dāng)這種植物感覺(jué)到溫度升高時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生更多的卡多內(nèi)酯，可能作為防御機(jī)制。

溫度依賴性的A. curassavica中的cardenolide濃度增加，Elderd和Faldyn在這些植物周?chē)胖梦⑿〉臏厥覡罱Y(jié)構(gòu)后三天內(nèi)在田間觀察到，推動(dòng)君主超過(guò)臨界點(diǎn)，使幼蟲(chóng)中毒，延遲幼蟲(chóng)生長(zhǎng)和領(lǐng)先對(duì)于發(fā)育遲緩的蝴蝶長(zhǎng)度。

從本質(zhì)上講，隨著氣候變化，過(guò)多的好事變成了壞事，特別是涉及到熱帶乳草植物時(shí)。天然的A. incarnata乳草天然產(chǎn)生的有毒化學(xué)物質(zhì)少于熱帶乳草，但較溫暖的條件不會(huì)從根本上改變這些水平。在全球變暖的條件下，以非天然乳草為食的君主在生長(zhǎng)和存活方面比以天然乳草為食的君主更糟糕。

“如果我是一只帝王蝶，而我正在回應(yīng)過(guò)去的環(huán)境條件，我會(huì)把雞蛋放在A. curassavica上，”Elderd說(shuō)。“但在全球變暖的條件下，我會(huì)在不知情的情況下對(duì)我的后代造成傷害。”

Elderd和Faldyn在野外應(yīng)用于乳草植物的變暖條件模擬了在未來(lái)40年或更早的時(shí)間內(nèi)在巴吞魯日發(fā)生的溫度。例如，如果有熱浪。

“人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，在試圖了解氣候變化對(duì)生態(tài)動(dòng)態(tài)的全面影響時(shí)，需要考慮物種相互作用，尤其是緊密相連物種之間的相互作用，”作者寫(xiě)道。

不幸的是，侵入性乳草植物遍布整個(gè)美國(guó)南部.Faldyn希望提高植物銷(xiāo)售者，園丁和家庭主人的意識(shí)，因?yàn)槿驓夂蜃兓?，最好種植本地乳草而不是普遍的非本地?zé)釒椴葜参?。君主?/p>

下一步是什么?

Faldyn和Elderd正在路易斯安那州立大學(xué)接受后續(xù)研究的本科生，例如評(píng)估可能在他們必須與入侵物種競(jìng)爭(zhēng)的地區(qū)支持當(dāng)?shù)厝椴葜参锏臈l件。