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在研讨会上:对帝王蝶和马利筋关系的洞察

Common garden:
常见的花园: David De La Mater在综合科学中心的温室里照料来自美国东部的马利筋植物。约瑟夫·麦克莱恩摄

已故的艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)说过,科学中最激动人心的短语不是“我找到了!”,但“这很有趣。”

大卫·德·拉·马特经历了阿西莫夫式的激动人心的时刻,当时他正在查阅他的生态调查数据,这些数据是关于普通马利筋的区域变化及其与帝王蝶的关系的。

德拉马特是威廉玛丽大学生物系的一名硕士生。他将在第17届年度研究生研究研讨会上获得William & 玛丽跨学科卓越研究奖。该奖项的奖金为2000美元现金。

这是德拉马特获得的第二项荣誉,此前他获得了美国国家科学基金会的研究生研究奖学金。

他将在…做一个关于他的研究的报告研讨会3月17日上午11点到11点半,地点在威廉玛丽校区萨德勒中心的潮水A区。De La Mater的演讲题目是“马利筋常见性状的大范围变异以及食物来源对黑脉金斑蝶幼虫的影响”,将包括对他称之为“神秘”的发现的讨论。

帝王蝶和蜜蜂是北美最具魅力的昆虫之一。德拉马特把他的研究重点放在了东部的蝴蝶种群上,特别是对阿斯克莱皮亚斯·叙利亚——一种常见的马利筋。

德拉马特解释说,众所周知的马利筋与帝王蝶的联系是植物与食草动物生态相互作用的一个很好的研究案例。成年帝王蝶从墨西哥的越冬地迁徙过来,在马利筋的叶子上产卵。卵孵化后,五颜六色的条纹幼虫在同一株植物上尽情享受。羽翼丰满、成熟的幼虫会结成蛹,挂在那里,直到孵化出我们熟悉的长着橙色翅膀的成虫。

黑脉金斑蝶幼虫从马利筋中得到保护和营养。德拉马特解释说,幼虫会从马利筋中摄取一种叫做硬核内酯的有毒化合物,使捕食者无法食用。

然而,近年来帝王蝶的数量大幅减少。研究表明,在过去的30年里,该物种的东部种群损失了大约80%,数学模型显示,该种群很有可能在20年内濒临灭绝。

数量的减少可以归咎于一系列原因,德拉马特说,最大的罪魁祸首可能是与墨西哥森林越冬栖息地的破坏有关的伐木。成年黑脉金斑蝶在迁徙过程中赖以为生的花蜜植物也大量减少。

马利筋也消失了,马利筋是黑脉金斑蝶的营养摇篮和苗圃。德拉马特想知道马利筋的区域差异对帝王蝶的发育有多大影响。他着手进行他所谓的“普通马利筋普查”,绘制出这种植物的各种特征。他补充说,这是以前科学文献中没有做过的事情。

他说:“有人研究过马利筋,但仅限于局部地区。”“要么在东部,要么在中西部。即使是同一种马利筋,他们处理的是不同的生态型。”

德拉马特与一个研究小组合作,其中包括他的导师、生物学助理教授哈莫尼·达格利什(Harmony Dalgleish),他开始在实地调查马利筋。研究小组在55个地点采集了马利筋样本,从缅因州的阿特金森到阿拉巴马州的加兹登,从明尼苏达州的阿罗伍德国家野生动物保护区到俄克拉荷马州的瓦希塔。

回到威廉玛丽的佳博体育,他用光谱辐射法分析了样品的营养成分。一项比较分析显示,马利筋越往东北方向生长,生长得越好,而最主要的马利筋是在新英格兰发现的。

德拉玛特还在普通花园做了一个实验。他从美国东部的马利筋之旅中带了一些植物到大学的温室,在相同的土壤、光、水等条件下种植它们。对普通园林植物的初步分析与他的实地研究相吻合。

他说:“我在初步数据集中看到的模式被证明是重要的。”“性状值与纬度相关,性状值与经度相关,这些区域间植物性状的变化是正确的。”

然后事情开始变得奇怪起来。

一年后,这些植物的地理差异趋于平缓:“这种影响消失了,”他说。“就我在现场看到的情况而言。经过一年的时间,这些东西已经在普通花园里消散了。”

德拉马特说,他没想到这些植物的价值会在普通环境中达到平衡,或者至少不会这么快达到平衡。这是一个重要的发现,因为它表明了对保护重要的植物物种如何适应气候变化。

“这很有趣”的时刻发生在德拉马特开始在他的普通花园马利筋上饲养帝王蝶幼虫之后。

他说:“我根据体重增加、长度增加和消化效率来衡量幼虫的发育。”“我确定一些幼虫在体重增加方面有显著差异。”

体重较重的幼虫是那些吃马利筋的幼虫,这些马利筋是在研究的东北部收集的,尽管德拉马特的佳博体育分析表明,一年后,普通花园植物的营养成分已经趋于稳定。

“在我对植物本身的分析中,我没有发现经度、纬度或地区之间有任何显著的差异,”他解释说。“然而,这些差异在下一个营养水平——幼虫发育中表现出来。

“所以幼虫正在经历一些我们无法察觉的事情。”

他的发现可能成为另一组实验的基础,以梳理出隐藏的生物学解释。

“不幸的是,我在这里只待了两年,”他说。“这两年我做了很多,希望将来有人能以我的工作为基础。”