帝王蝶的发育比我们想象的还要酷

今天发表在《分子生态学》杂志上的新研究表明，长期以来人们一直认为帝王蝶的醒来时间是由温暖和光照决定的，但实际上，它的醒来时间依赖于寒冷和内部时间。

这一违反直觉的结果可能对保护工作至关重要。这些美丽的蝴蝶正面临栖息地丧失和暴风雨增多的威胁，暴风雨会在它们迁徙到南方冬季栖息地和离开南方栖息地时将它们卷走。但全球气温的变化也可能引起担忧。

人们普遍认为，帝王蝶是在春天温暖的气息中开始迁徙的。每年冬天，帝王蝶都会经历一个被称为休眠期的生物过程，在此期间，它们会进入休眠状态并停止发育。这是它们在迁徙到美国南部和墨西哥的过冬地后所处的状态。

这种完全休眠仅持续几个月；在本研究中调查的加州种群中，帝王蝶于 9 月开始真正休眠，并于 12 月羽化。但尽管此后蝴蝶开始发育至生殖成熟期，但它们似乎仍处于停滞状态——它们会移动和生长，但它们往往在树上停留到 1 月或 2 月。

这导致了一种假设，“春天气温升高、白天变长是唤醒帝王蝶的原因”，密歇根大学生物学家 D. André Green 说道，他是这项新研究的合著者。然而，他的研究表明，帝王蝶结束休眠期的真正原因是它们在 12 月经历的寒冷，而秋天则相对温暖。在全球变暖的情况下，这令人担忧。

研究人员写道，环境因素和激素都是不同物种休眠过程的一部分。“然而，缺少的环节是帝王蝶和其他休眠蝶如何将外部因素与内部基因控制的反应结合起来，以实现特定时间的季节性反应。”

为了研究这个问题，格林前往加州的一个越冬地点。他在那里抓到了一些已经处于休眠期的帝王蝶雌性，并把它们运回他在芝加哥大学（当时他是那里的研究生）的实验室。在那里，他把它们饲养在模拟加州十一月的环境条件下。他解释说，他的目的是看看如果外部没有任何变化，帝王蝶的休眠期会发生什么。

在这些环境下，帝王蝶的体内计时器的运作方式发生了变化。当格林和他的同事检查在寒冷的 12 月第二次旅行中收集的蝴蝶时，它们比在 11 月气候中饲养的蝴蝶生殖成熟度更高。

这表明温度确实是决定休眠期的外部控制因素，格林说——但发出关键信号的是寒冷，而不是炎热。在相对温暖的十一月，他的实验室帝王蝶一直处于休眠状态。十二月的寒冷使它们的野生同类结束休眠期并开始再次发育，为它们迁回繁殖地做准备。

格林和他的合著者利用基因技术弄清楚了帝王蝶如何将环境信号（寒冷）转化为内部行动（从休眠中苏醒）。他们比较了两组昆虫中最活跃的基因，发现钙离子产生的基因在 12 月活跃。这些信息可以帮助我们了解唤醒帝王蝶的内部过程。

华盛顿州立大学昆虫学家戴维·詹姆斯 (David James) 在一封电子邮件声明中称这篇论文“非常精彩”，并表示其研究结果“为理解帝王蝶生物学和生态学提供了又一块拼图”。如果我们想要保护和养护这些标志性昆虫，那么对世界如何影响它们的生长发育有一个基本的了解将是一个好的开始。