《Evolutionary Ecology》:Effects of body size and larval diet type on reproductive traits in two diverse clades of European Lepidoptera
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本研究针对欧洲蝴蝶和Erebidae蛾类,通过系统发育比较分析揭示了雌虫体型与繁殖性状(终身最大繁殖力、卵大小、雌性繁殖投入)的异速缩放规律,并探讨幼虫食性类型对上述关系的调控作用。研究发现繁殖力随体型超等比例增加,而卵大小和繁殖投入呈次等比例增长;食性类型的影响在两类群中呈现分化,蝴蝶中草本植物取食者繁殖力更高,而Erebidae中特殊食性类群繁殖投入较低。该研究为理解昆虫生活史性状的进化约束提供了跨类群证据。
在昆虫生活史进化研究中,体型与繁殖性状的关联一直是核心议题。尽管已有大量研究证实 within species(种内)层面上,雌虫体型与繁殖力、卵大小等性状密切相关,但 across species(种间)尺度上,这些关系如何受系统发育背景和生态因素(如幼虫食性)调控,仍存在显著认知空白。尤其对于鳞翅目这类全球分布、生态功能多样的类群,厘清其繁殖策略的进化驱动因素,对理解生物多样性形成机制具有重要意义。
欧洲蝴蝶与Erebidae蛾作为鳞翅目中物种丰富、生态差异显著的代表类群,为探究上述问题提供了理想模型。蝴蝶多为昼行性、成虫需补充营养(income breeders),幼虫主要取食显花植物;Erebidae蛾则包含大量夜行性、成虫不取食的 capital breeders,幼虫食性更多样,涵盖草本、木本、地衣、真菌乃至腐殖质。这种生态分化为检验食性类型对繁殖性状的塑造作用提供了天然实验场景。
本研究通过整合已发表的形态、生活史数据与时间校准的系统发育树,采用系统发育广义最小二乘法(PGLS)分析,首次在控制系统发育关联的基础上,系统比较了两类群中体型与繁殖性状的缩放关系,并检验了幼虫食性类型的调节效应。
关键技术方法
研究团队从公共数据库及文献中系统收集了165种欧洲蝴蝶和97种Erebidae蛾的雌虫翅长(体型指标)、最大终身繁殖力、卵体积(通过球形、椭球体等模型计算)数据,并基于幼虫主要食源将物种划分为草本植物取食者、木本/禾草取食者及特殊食性类群(仅Erebidae)。利用最大似然法估计Pagel’s λ(帕格尔λ)评估性状系统发育信号,并通过PGLS模型比较不同食性类群间的性状差异。
研究结果
1. 繁殖力与体型的超等比例增长
在蝴蝶和Erebidae蛾中,最大繁殖力均随体型呈超等比例增长(缩放指数>1),但Erebidae蛾的缩放斜率(1.45)显著高于蝴蝶(1.23),表明体型增长对资本繁殖者(capital breeders)的繁殖力提升效益更显著。蝴蝶中草本取食者繁殖力显著高于木本/禾草取食者(+37.5%),而Erebidae蛾中食性类型无显著影响。
2. 卵大小的保守性与食性分异
卵体积在两类群中均呈现强系统发育保守性(λ>0.9),且随体型次等比例增长(缩放指数<3)。蝴蝶中木本/禾草取食者的卵体积比草本取食者平均大54.6%,支持“低质量食源驱动大卵进化”的适应假说;Erebidae蛾中食性效应不显著,可能与类群内食性转换频繁有关。
3. 雌性繁殖投入的体型依赖性
雌性繁殖投入(繁殖力×卵体积)在两类群中均随体型增加,但呈次等比例增长。Erebidae蛾中特殊食性类群的繁殖投入显著低于草本取食者,可能与它们利用低营养基质的能量限制有关。
4. 繁殖力-卵大小权衡的类群特异性
仅在蝴蝶中发现繁殖力与卵大小存在显著权衡关系,Erebidae蛾中无此模式,提示生活史策略的进化约束存在类群差异。
结论与意义
本研究通过系统发育比较分析证实,体型是驱动鳞翅目昆虫繁殖性状进化的关键因子,但缩放模式受繁殖策略(资本vs收入繁殖)和食性生态位的共同调制。幼虫食性通过影响营养能量获取效率,进一步塑造了种间繁殖投资策略的分化。值得注意的是,尽管大型体型在繁殖上具有明显优势,自然群落中仍以小型物种为主,暗示存在强烈的生态或生理约束抵消了大型化的收益。
该研究为理解昆虫生活史性状的宏观进化规律提供了新视角,强调未来需结合更多生态因子(如物候同步性、食性专化度)以揭示繁殖策略进化的全貌。成果发表于《Evolutionary Ecology》,对昆虫生态学与进化生物学领域具有重要参考价值。