Coevolution Research Group

化学伪装:蚂蚁-角蝉和榕树-榕小蜂互利共生网络维持机制

  不同类型的互利共生关系常常共存于同一个群落之中,这些互利共生的物种会相互作用,协同进化并形成互相依赖的复杂网络。但是,网络中的物种如何互作以及网络稳定性维持的机制仍然不清楚。

  在一个由黄猄蚁-角蝉和榕树-榕小蜂组成的网络中,版纳植物园协同进化组王波博士及其合作者发现,角蝉的体表化合物和榕树果枝的表皮化合物组成相似。行为测试的结果表明,角蝉的体表化合物和榕树果枝的表皮化合物都能减少黄猄蚁对角蝉若虫的捕食,从而在没有蜜露的情况下维持蚂蚁-角蝉之间的互利共生关系。表明角蝉对于榕树气味的模拟能维持蚂蚁-角蝉互利共生关系。此外,黄猄蚁的数量与角蝉的数量呈现显著的正相关关系。相比于隔离了黄猄蚁-角蝉的果枝,黄猄蚁-角蝉数量较多的果枝上传粉小蜂子代数量更多,榕树种子产量更大。

  黄猄蚁和角蝉形成了互利共生的关系,另一方面它们能有效的捕食非传粉榕小蜂,减少非传粉榕小蜂和传粉榕小蜂之间的竞争,从而保护榕树-传粉小蜂之间的互利共生关系。该研究结果表明物种间化学信号的模拟在复杂网络的稳定性维持中发挥着重要的作用.文章以“Chemical camouflage: a key process in shaping an ant-treehopper and fig-fig wasp mutualistic network”为题在线发表于Scientific Reports杂志。

  

 

  蚂蚁-角蝉和榕树-榕小蜂互利共生网络种间关系

  

 

  不同丰度的蚂蚁-角蝉数量对榕小蜂群落组(a)成及榕小蜂子代数量和榕树种子产量(b)的影响

版纳植物园科技人员访问日本冲绳科学技术大学院大学

 

  7月24-28日,应日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)Evan Economo副教授邀请,中国科学院西双版纳热带植物园协同进化组彭艳琼研究员等一行2人到访该大学。

  7月25日,彭艳琼等参观访问了Evan Economo所带领的生物多样性与复杂性研究组。该组致力于从生物组织水平和时空尺度了解生态和进化过程如何相互作用。研究领域包括生物多样性理论、全球蚂蚁生命之树、太平洋岛屿蚂蚁生物多样性进化、物种辐射进化及共存机制分析等。彭艳琼与Evan Economo交流了双方在生物群落多样性研究中取得的进展,并就榕小蜂群落多样性数据分析及未来的合作进行了探讨。

  7月26日,彭艳琼应邀作了题为“Ecological mechanism of fig and fig wasp coevolution”的报告。她介绍了榕树及榕小蜂系统中关于榕树–蜂专一性打破、欺骗性传粉榕小蜂的演化、榕–蜂繁殖结构和物候的匹配,以及化学通讯等方面的最新研究进展。报告引起了到会人员的兴趣,对相关问题进行了提问和讨论。报告后,彭艳琼还与相关科研人员进行了单独讨论。

  访问期间,与Clive Darwell博士后对冲绳地区分布的榕树及榕小蜂多样性进行了联合考察,考察路线从冲绳南部到最北端。冲绳岛记载有自然分布的榕树11种,本次考察、采集到8种,包括笔管榕(Ficus subpisocarpa)、岛榕(Ficus virgate)、棱果榕(Ficus septica)、天仙果(Ficus erecta)、黄果榕(Ficus benguetensis)、菲律宾榕(Ficus ampelas)、小叶榕(Ficus microcarpa)、薜荔(Ficus pumila)。考察共采集到榕树叶片DNA标本169份,腊叶标本5份,引回种子5种将交苗圃播种,并采集到5种榕树内的榕小蜂。此次采集补充了版纳植物园榕树及榕小蜂分布区东北缘岛屿种研究材料,为今后形态、系统发育、居群遗传学研究储备了材料。按期圆满完成出访任务。

  冲绳科学技术大学院大学是日本一所跨学科的研究生院,仅招收博士生,经费主要由日本政府资助。该大学成立于2011年,大多数研究人员和学生都来自日本以外的地区,教授包括诺贝尔得主Sydney Brenner及来自耶鲁、哈佛、牛津、霍普金斯等世界各地的名校和研究机关的。虽然成立时间短,但起步高,发展快。在整合生物学、神经科学、数学、计算科学、发育生物学等研究领域都有出色研究成果。

  

 

 

  参观OIST生物多样性与复杂性研究组

 

  

 

 

  参观OIST生物多样性与复杂性研究组

  

 

 

  考察榕树及榕小蜂多样性

 

  

 

 

  讨论、合作分析榕小蜂群落多样性数据

 

互补的繁殖物候导致两种榕树共享一种传粉榕小蜂

 

 

2015.9.11

作者:彭艳琼

榕树依赖专一的榕小蜂传粉获得有性繁殖的种子,传粉榕小蜂也产卵于榕树短花柱的雌花子房中繁衍后代,两者相互依赖、互不可缺。随着全球气候的演变和生态环境的变化,一种榕树有多种传粉榕小蜂的现象也逐渐被发现,但由于转移寄主导致榕树共享传粉榕小蜂的实例还比较罕见,很少见其研究报道。双版纳热带地区是亚洲热带肉托榕(Ficus squamosa)自然分布的北缘地区,其传粉榕小蜂缺乏,加之气候的演变,以至肉托榕与重叠分布的异形花榕(Ficus heterostyla)共享一种传粉榕小蜂。

协同进化组硕士研究生刘桂香在导师彭艳琼的指导下,对肉托榕和异形花榕的种群繁殖物候进行了系统的观测,并比较了两种榕树的生境及结果特征。发现:肉托榕和异形花榕虽然分布区重叠,但偏爱不同的生境,肉托榕喜溪流、河岸边,异形花榕则主要在次生林边缘区。两种榕树都近地面结果,雌花期果形、果色相似,但果大小有差异。肉托榕主要在冬春干季结果,雨季常遭遇洪水难于成功繁殖,而异形花榕种群内全年有树结果,结果高峰期在雨季,干热月份大量落果,不利于繁殖。两种榕树互补的结果物候、相似的结果位置及果态,以及雌花期可能释放相同的挥发性化合物,导致异形花榕的传粉榕小蜂能转移到肉托榕上繁殖,以至于演化为两种榕树共享一种传粉榕小蜂的格局。

该研究成果以 Complementary fruiting phenologies facilitate sharing of one pollinator fig wasp by two fig trees 为题正式发表于国际生态学期刊 Journal of Plant Ecology上。

              互补的繁殖物候导致两种榕树共享一种传粉榕小蜂 

榕树传粉榕小蜂的交配行为与性比率调节对后代的影响

    2014-10-28

  榕树的传粉榕小蜂被广泛用来研究性比率进化,其偏雌的性比率被认为受膜翅目单双倍体性别决定系统、局域交配竞争及近交的调节。已知进入榕树雌花期隐头果的传粉榕小蜂,优先在短花柱的雌花子房内产下少数的雄卵,然后产多数的雌卵,以至于发育到雄花期的雌蜂占据着不同的空间位置,通常靠近果腔的雌蜂被认为比接近果壁的雌蜂有更多交配机会。然而,传粉榕小蜂的交配行为在性比率研究中还未被关注。 

  版纳植物园协同进化研究组的彭艳琼等研究人员以对叶榕传粉榕小蜂为研究对象,通过系统的行为观察及控制性试验。发现传粉榕小蜂雌雄均可多次交配,绝大多数的雌蜂只交配一次,最多可交配达4次。在榕树雄花期的隐头果内,分布靠果壁的雌蜂,个体小,获交配机会少;而分部于近果腔层的雌蜂,个体较大,获得的交配机会多。当把获得不同交配次数的雌蜂引入雌花期隐头果内繁殖后代时,交配多的雌蜂繁殖更多的后代,而且后代雌蜂数量显著增加,雄蜂数量变化不明显,导致后代性比率更加偏雌性。该研究报道了传粉榕小蜂雌蜂在隐头果内的分布位置,可影响雌蜂个体的大小及获得交配的机会,进而参与其所繁殖后代的性比率调节。同时,雌蜂存在更多的交配机会也弱化了经典局域交配竞争对传粉榕小蜂性比率的调节强度。 

  相关研究成果以Fig wasps from the centre of figs have more chances to mate, more offspring and more female-biased offspring sex ratios为题发表在国际著名的动物行为学期刊Animal Behaviour上。

  

                                              榕果内不同层次羽化和交配后的对叶榕小蜂

 

协同进化组首次报道高榕上一种特殊的蜂等果现象

2014-02-27

传粉榕小蜂的寿命非常短暂,一般只有1-2天,在榕小蜂短暂的寿命中,要完成交配、出果、搜寻寄主、进果、传粉、产卵等一系列使命。但在自然界中,绝大部分榕小蜂会在找到合适的寄主榕树之前就死去,而很多榕树也会因为没有榕小蜂来访而遭受败育的命运。如果榕小蜂的寿命延长,就可以增加互利共生双方相遇的概率,从而增加榕-蜂互利共生系统的繁殖成功率。这样的特征应该是被自然选择所支持的。对于榕树来说说,也只有在雌花发育成熟时,才会释放专一性的挥发性化学物质来吸引传粉小蜂为其传粉。 

协同进化组的研究人员,在分布于西双版纳地区的高榕上,发现了一种特殊的蜂等果现象:高榕的传粉小蜂及其欺骗者小蜂会在榕树雌花期到来之前数天就大量地来到叶片上等待,但此时的高榕果外还包被着一层外壳,使得提前到来的榕小蜂无法进入高榕果内产卵和传粉。博士研究生张媛在彭艳琼研究员和杨大荣研究员的指导下,研究了高榕小蜂这种延迟进果行为的进化生态学意义。结果表明:经过了等待行为的小蜂,后代数量和体大小均下降,但却能增加榕果种子的数量,榕果的年龄同样也会影响榕-蜂的繁殖比例。研究还发现:具有等待行为的高榕传粉小蜂及其欺骗者寿命也较同属其他小蜂更长。小蜂等待行为对自身繁殖的影响大于对寄主榕树的影响,说明在榕-蜂系统中,榕树可能是进化的主导者。这一结果揭示了一种新颖的榕-蜂协同进化机制。

相关研究结果以Premature Attraction of Pollinators to Inaccessible Figs of Ficus altissima: A Search for Ecological and Evolutionary Consequences为题发表在国际期刊PLoS ONE杂志上。 

            高榕小蜂等待果发育的现象