蚜虫对气候变暖的行为反应及其潜在的生态学意义

发布人:admin / 时间:2015-06-06 00:00:00 / 访问次数[1963]
气候变化对昆虫带来的最显著的影响就是温度升高。预计本世纪地球温度升高的速率是20世纪的5倍,到2100年地球表面的平均温度将升高3℃。在欧洲预计未来50~75年夏季高温将达到或超过40℃,而这一温度已经非常接近目前一些昆虫的生理耐受极限高温。气候变暖无疑增加了昆虫和其它变温动物暴露在高于其生理耐受高温下的机率和时间,昆虫如何通过生理、行为或遗传的方式来应对气候变暖带来的压力成为其个体存活和种群发展的关键问题。
 
    目前关于昆虫应对气候变暖的研究表明,昆虫的耐热性几乎不能通过生理适应或多代遗传的方式得以增强,因此行为上的策略被认为是昆虫应对气候变暖的更为重要的方式。如在大尺度范围内,随气候变暖温度升高而向两极或高海拔温度较低的地区扩散分布已被证明是一些种类昆虫在行为上的适应气候变暖的策略。然而大多数种类昆虫仍然生活在原来的环境中,其分布并未随纬度发生明显变化。对于这些昆虫来说,微环境选择是其在小尺度范围内从热压力下存活的一种有效的体温调节行为。由于昆虫在自然界中经历的多样温度为其提供了较为凉爽的微环境,昆虫可从一个地方向另一个地方扩散来逃离热压力。如禾谷缢管蚜通过将身体隐藏在土壤表面下来躲避土壤表层的致死高温。纳米比亚沙漠中的多种甲虫在天气较热时将身体埋入沙土下或爬上灌木丛来躲避沙子表面的高温。因此,昆虫生活的自然界中微环境温度多样性的存在是其能够躲避高温伤害的重要前提。
 
    蚜虫通常长时间待在一个位点而很少移动,但强烈的环境温度刺激会迫使其移动。在以往试验中发现,环境温度很高时多数蚜虫栖息在花盆中的土壤缝隙内躲避高温,而在温度较低时多数蚜虫栖息在植株上取食。一些蚜虫种类,禾谷缢管蚜、麦长管蚜、麦二叉蚜及马铃薯长管蚜,在实验中也被发现在热压力下活动增多,并试图逃避热伤害。虽然蚜虫偏爱植物上部的幼嫩叶片,但来自植物顶端的热压力迫使麦无网蚜和棉蚜向下转移,取食下部的老叶。因此,蚜虫躲避高温伤害的行为异常重要,因为这直接关系到其自身的存活及后续的生长发育和繁殖。
 
    生活在自然界的蚜虫通常要面对每天短时间的温度升高带来的热压力,蚜虫能否察觉有害的高温以及如何应对热压力对其生存来说异常重要。自然界每天高温的变化十分复杂,这就为昆虫通过短时间的温度适应来调节抵抗高温伤害的行为反应提供了机会。气候变暖将导致未来日间温度升高、相对高温时间增加,表明与目前相比,昆虫在未来经历的环境温度也会随之发生变化。以往的相关研究揭示了不同种类和发育阶段之间蚜虫热逃逸行为的差异,然而每天的温度适应究竟如何影响昆虫尤其是蚜虫的热逃逸行为还未见报道。
 
    通过用叶片温度梯度的方法来模拟自然界微环境温度的多样性,引入“热逃逸温度(Heat-escape temperature,HET)”这一参数来衡量蚜虫对热压力的行为反应,研究反映气候变暖背景下日间温度变化的短时间的温度预适应(即:温度升高,高温持续时间增加而低温持续时间减少,以及能够反映现在和未来的日间温度升高情形)对两种温带地区重要害虫麦长管蚜和禾谷缢管蚜HET的影响。结果表明,温度升高,高温持续时间增加而低温持续时间减少,以及未来日间持续高温的情形均使两种蚜虫的HET降低,表明与目前相比,气候变暖下不太高的温度就会迫使蚜虫做出热逃逸行为的决定,这暗示了蚜虫通过移动来寻找温度较低的微环境的行为将会变得更加频繁。
 
    蚜虫花费更多的时间来躲避高温以维持自身的生存,将可能导致其自身发育速率的降低及生殖的减少,进而使蚜虫种群的发展受到抑制。蚜虫是吸汁类昆虫,通常长时间固定在一个取食位点吸食汁液。环境温度很高时多数蚜虫通过离开寄主寻找土壤缝隙等温度较低的地方来躲避高温,表明热逃逸过程中也就意味着不能进食。昆虫躲避不利环境条件的行为已被证明与其自身发育、生殖等生命活动密切相关。如蚜虫躲避天敌捕食行为频率增加导致的饥饿时间增加,显著降低了豌豆蚜的生殖量,进而抑制了蚜虫种群的增长。在其它种类节肢动物如、神泽叶螨中也发现了同样的规律。在气候逐渐变暖的长期自然选择压力下,蚜虫热逃逸行为变得更加频繁必将影响其生活史,对蚜虫生长发育、生殖等生命活动造成不利的影响,进而导致种群的数量发生变化。昆虫对热压力行为反应的变化及其带来的生态学后果在研究气候变暖与昆虫关系的研究中应予以更多关注。

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