《NeoBiota》：Wing shape changes as a proxy for invasion success in Antarctica: case study of
Psychoda albipennis (Psychodidae) using geometric morphometrics
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本文聚焦南极生态系统的外来物种入侵问题，以南极海洋性南极洲南设得兰群岛新近建立的白蛉（Psychoda albipennis）种群为研究对象。研究人员利用几何形态测量学（GM）技术，对比分析了其与南美大陆亚南极种群（纳瓦里诺岛）的翅形态差异，揭示了该物种为适应南极极端环境（强风和低温）所表现出的快速表型响应，包括更窄长、更具空气动力学优势的翅形变化以及符合“温度-体型法则”的翅尺寸减小现象。这项研究不仅确认了白蛉在南极的适应性入侵潜力，也为利用成本低廉的形态测量学工具进行早期监测和预警提供了范例，对保护脆弱的南极生态系统具有重要意义。
南极，这片地球上最遥远、最原始的净土，正面临着前所未有的威胁——外来物种入侵。随着气候变化和人类活动加剧，这道由极端环境和地理隔离构成的天然屏障正在被打破。在南极海洋性南极洲南设得兰群岛，一种名为白蛉（Psychoda albipennis）的全球性腐食性小蝇，悄然扎下了根，引发了科学家们的深切忧虑：这个新来的“不速之客”能否适应极端环境？它又是否会像其他入侵者一样，对这片脆弱的生态系统造成不可逆的破坏？理解生物入侵早期的适应机制，成为预测和管理生态风险的当务之急。近期发表在《NeoBiota》上的一项研究，为我们揭开了这种南极新居民翅膀中隐藏的生存密码。
为了解答这些问题，研究者们进行了一项精细的形态学比较研究。他们于2024年和2025年在三个地点采集了白蛉成虫样本：两个位于南极海洋性南极洲的乔治王岛（智利埃斯库德罗教授站和乌拉圭阿蒂加斯站），一个作为对比，位于南美大陆的亚南极区纳瓦里诺岛（威廉姆斯港）。研究人员总共采集了429个标本，经过筛选，最终对241个个体的482片翅膀进行了分析。研究团队采用了几何形态测量学（Geometric Morphometrics， GM）这一先进技术。其核心流程包括：使用立体显微镜和数码相机获取翅膀的高清图像，在每片翅膀上根据翅脉交点数字化定义了14个同源标记点（landmarks），然后通过广义普鲁克鲁斯分析（Generalized Procrustes Analysis， GPA）消除尺寸、旋转和方向的影响，从而提取出纯粹的“形状”信息。数据分析借助MorphoJ和R语言的geomorph包完成，通过主成分分析（PCA）探索形状变异，通过多变量回归和偏最小二乘回归（Partial Least Squares， PLS）分析环境变量（风速和温度）对翅形的影响，并使用方差分析等统计方法检验不同种群、性别和年份间的形态差异是否显著。这种方法能够高精度地量化形状和尺寸的变化，成为揭示微小适应信号的利器。
研究结果部分揭示了白蛉在南极环境下的显著形态适应：
翅形状的显著分化：主成分分析（PCA）显示，前三个主成分解释了66.5%的翅形变异。三个采样地点的种群在翅形上呈现出清晰的分离：乔治王岛上的两个南极种群（埃斯库德罗和阿蒂加斯）表现出更窄、更长的翅膀，而纳瓦里诺岛的亚南极种群则拥有更紧凑、更扁平的翅膀。形状叠加与变形网格分析进一步展示了不同种群翅脉标记点的具体位移模式，例如，南极种群个体的第一径脉、第一肘脉等关键点发生了显著的位移，从而形成了有利于在风中飞行的空气动力学构型。
翅尺寸的差异与变化：分析发现，雌性的翅膀尺寸显著大于雄性。更重要的是，不同地理位置间存在显著的尺寸差异：纳瓦里诺岛种群的翅尺寸显著小于两个南极种群。此外，对南极种群进行年份间比较时，发现了一个有趣的现象：无论是埃斯库德罗站还是阿蒂加斯站，2025年采集的个体翅尺寸均比2024年采集的要小。方差分析证实这种年份间的尺寸差异具有高度统计学显著性。
环境因素的影响：环境数据分析表明，南极地区的最低温度显著低于纳瓦里诺岛，而最大风速平均值则是纳瓦里诺岛更高。然而，研究者指出，由于南极种群生活在开阔无植被遮挡的环境中，实际承受的风暴露压力可能更大。偏最小二乘回归（PLS）分析量化了环境变量对翅形的影响：最大风速解释了高达46%的翅形变异，而最低温度解释了2.74%的变异，两者都具有高度显著性。这强有力地表明，强风和低温是驱动白蛉翅形态变化的关键选择压力。
在讨论与结论部分，研究者对这些结果进行了深入阐释，并强调了其重要意义。研究表明，南极白蛉种群表现出的更窄长翅形，很可能是一种对强风环境的适应，这种构型能优化空气动力学性能，增强在风暴露环境下的飞行和扩散能力。同时，亚南极与南极种群间的翅尺寸差异符合“温度-体型法则”（temperature–size rule），即在寒冷环境下发育的个体倾向于拥有更大的体型（包括翅膀）。然而，南极种群内部出现的年份间翅尺寸减小趋势，则可能反映了一种适应性的体温调节策略，较小的翅膀有助于减少热量散失。这些变化可能是表型可塑性（phenotypic plasticity）或遗传同化（genetic assimilation）的结果，代表了物种在入侵早期为克服新环境生态筛（ecological filter）而发生的快速表型响应。
这项研究的意义深远。首先，它证实了白蛉在南极表现出快速的形态适应，这增强了其成功入侵和进一步扩张的潜力。作为一个腐食性物种，其种群扩张可能通过改变分解过程和营养网络，对南极脆弱的陆地生态系统产生重大影响。其次，该研究展示了几何形态测量学（GM）作为一种经济、高效且精确的工具，在生物入侵早期监测和适应性模式识别中的巨大应用价值。结合翅形变化与环境压力的分析，为预测入侵物种的扩散风险提供了新的视角。最后，研究者呼吁，鉴于南极生态系统的脆弱性，必须基于此类科学证据，及早制定和实施有效的监测与预防性管理策略，以防患于未然。未来的研究需要结合基因组学和生理学数据，以更全面地揭示白蛉入侵南极的适应机制和潜在影响。
