《Journal of Comparative Physiology B》：Surviving in the mountains: temperature and elevation have contrasting physiological effects and no effect on morphology of the hoverfly Eristalis tenax in the Himalayas
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昆虫种群因人类活动引发的环境变化而全球性衰退。为探究气候变暖驱动的上坡迁移如何影响昆虫生理功能，研究人员以重要的广食性传粉昆虫——食蚜蝇Eristalis tenax为模型，在生态敏感且生物多样性丰富的喜马拉雅山区，首次开展了原位生理学实验。他们利用便携式生理学装置，测量了不同海拔下食蚜蝇对常见花香的触角反应和心率，并利用微CT对野外捕捉个体的内部结构进行了形态计量。研究发现，海拔和温度对食蚜蝇的感觉和心脏生理产生了相反的效应：触角嗅觉敏感度随海拔升高而降低，而平均心率则随温度升高而增加，与海拔无关。然而，海拔对体型、飞行肌肉等形态参数没有显著影响。这项研究为理解气候变化背景下，高山生态系统中关键传粉昆虫的生存状况及潜在感官失配、心脏压力等风险提供了关键基线数据。
在气候变化的大背景下，地球上的生灵正经历着前所未有的考验。昆虫，这些看似微小的生物，其全球性的种群衰退已敲响生态警钟。作为变温动物，它们的生理机能深受环境温度等非生物因子影响。而随着气候变暖，许多物种正被迫向更高海拔迁移，以寻找适宜的栖息地。喜马拉雅山脉，这片生态敏感且生物多样性丰富的区域，成为了观察气候变化效应的天然实验室。然而，一个关键问题悬而未决：当这些生态系统中重要的昆虫，比如承担着关键传粉服务的食蚜蝇，迁移到高海拔的低氧、低温、低气压环境中时，它们的身体内部究竟会发生怎样的变化？是心脏需要更拼命地跳动，还是嗅觉变得迟钝难以找到花朵？为了回答这些问题，一项开创性的研究在喜马拉雅的崇山峻岭中展开，相关成果发表在《Journal of Comparative Physiology B》上。
为了探究海拔和温度对食蚜蝇生理与形态的影响，研究人员在喜马拉雅山西部（斯皮提河谷，海拔3600米和4200米）和东部（拉亨河谷，海拔3000米、3500米和4000米）的多个地点开展了原位实验。研究团队以重要的广食性传粉昆虫——食蚜蝇Eristalis tenax为研究对象。他们创新性地搭建了一套便携式生理学装置，可直接在野外现场工作。关键技术方法包括：1) 使用该便携装置对活体食蚜蝇进行触角电生理记录，测量其对多种常见花香气味物质的嗅觉敏感度；2) 通过解剖暴露心脏并录像，手动计数分析其心率；3) 利用微计算机断层扫描技术，对野外捕捉并经特殊水相固定和染色的食蚜蝇样本进行高分辨率扫描，以三维重建并精确测量其身体长度、体积以及背部纵肌、背腹肌等飞行肌肉的体积和表面积等形态参数。
测量触角敏感度和刺激检测阈值
研究人员在海拔3600米和4200米处测量了食蚜蝇对2-戊基呋喃、α-蒎烯、顺-3-己烯基乙酸酯和对伞花烃四种花香物质的触角电生理反应。结果发现，触角对气味物质的反应阈值随海拔升高而增加，即在高海拔处，昆虫需要更高浓度的气味才能被检测到。统计分析显示，除了α-蒎烯，其他三种物质的标准化偏转值在不同海拔间存在显著差异。然而，环境温度对触角反应没有显著影响。这些结果表明，海拔升高会降低食蚜蝇的嗅觉敏感度。
测量心率
研究人员在三个海拔点测量了食蚜蝇的平均心率。分析发现，平均心率并不随海拔变化，但与环境温度呈显著正相关，即温度越高，心率越快。这一趋势在结合实验室（班加罗尔，海拔900米）饲养个体的数据后依然成立。因此，环境温度是影响食蚜蝇心率的主要因素，而海拔本身的影响不显著。
测量体型和长度
通过对来自不同海拔的食蚜蝇进行微CT扫描和三维形态分析，研究人员获得了其精确的身体参数。食蚜蝇的平均体长为18.69 ± 2.02毫米，平均身体体积为154.75 ± 24.60立方毫米。胸腔体积约占身体总体积的45.71%。间接飞行肌中，背部纵肌约占胸腔体积的12.10%，背腹肌约占9.88%。统计分析表明，海拔对食蚜蝇的身体长度、身体体积、胸腔体积以及背部纵肌和背腹肌的体积、表面积等所有测量的形态参数均无显著影响。然而，飞行肌的体积和表面积与胸腔体积、身体体积之间存在显著的正相关关系。
本研究是首次在喜马拉雅高海拔山区对野生昆虫进行的原位生理学实验之一，首次测量了野生食蚜蝇Eristalis tenax的内部结构。研究揭示了海拔和温度对食蚜蝇生理机能产生对比鲜明的效应：海拔升高会降低其触角嗅觉敏感度，而温度升高则会提高其平均心率，且心率不受海拔影响。有趣的是，海拔和温度对食蚜蝇的体型和飞行肌肉形态计量学参数均未产生显著影响。
这些发现具有多重重要意义。首先，它证实了昆虫心脏功能对温度的依赖性，并表明昆虫可能对高海拔缺氧环境具有一定的生理缓冲能力。其次，它首次为昆虫嗅觉敏感度随海拔升高而降低提供了实验证据，这与人类的相关研究结果一致。这种感官能力的下降可能导致昆虫在迁移到高海拔后，难以有效检测花朵的气味信号，引发“感官失配”，从而增加觅食时间、降低效率。再者，形态参数的稳定性表明，在较短时间尺度上，昆虫对环境变化的响应可能更先体现在生理层面而非形态结构上。这强调了将生理监测纳入昆虫生存能力评估的重要性。
该研究以重要的传粉昆虫为模型，为理解气候变化背景下，高山生态系统中关键物种的生存现状提供了宝贵的基线数据。随着气候变暖驱动物种上坡迁移，低海拔个体将面临高温带来的心脏压力，而上迁至高海拔的个体则可能遭遇嗅觉迟钝导致的觅食困境。这种生理层面的“左右为难”，可能对食蚜蝇种群的健康乃至整个脆弱的喜马拉雅生态系统产生深远影响。研究团队建立的便携式原位生理学研究方法，也为未来在复杂自然环境中开展精细的生物学测量提供了新的技术路径。
