蝴蝶拥有复杂交配:雄性事后会留下“贞操带”

科普:蝴蝶拥有复杂的交配:雄性事后会留下“贞操带”

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你可能会被蝴蝶的翅膀吸引进来。但是一些科学家对其中复杂的解剖结构感兴趣。

据国外媒体报道,当人们谈及蝴蝶,多数人都被它们美丽彩色的翅膀所吸引,但是美国昆虫专家安娜·宝拉·多斯桑托斯·德卡瓦罗(Ana Paula dos Santos de Carvalho)专注研究它们的生殖器官和交配方式,特别是蝴蝶巨大而精致的交配塞(mating plugs),其作用类似于古代女性使用的“贞操带”。

安娜是佛罗里达自然历史博物馆卡瓦哈拉实验室昆虫学博士生,她说:“虽然蝴蝶翅膀非常迷人,但对我而言,它们的交配塞更吸引我!”

早在20世纪初,研究人员曾将交配塞误认为是卵子弹射器,它封闭了雌性生殖器官,阻止了其他雄性的射精行为,雌性蝴蝶身体上的交配塞有各种形状和大小,有的像贝壳一样呈现曲面结构,有的像钩状,还有的像草叉,可以刺向其他雄性。安娜说:“对于某些物种,交配塞就像女性贞操带的作用,环绕在雌性腹部位置,所以它真能阻止其他雄性的交配行为。”

雌性蝴蝶身体上的交配塞有各种形状和大小,有的像贝壳一样呈现曲面结构,有的像钩状,还有的像草叉,可以刺向其他雄性。

安娜和同事们发现大约1%的蝴蝶物种中,雄性在交配时使用精致的交配塞,确保一夫一妻制和后代的父权关系。然而,雌性会极力阻止这一策略,它们会选择多个雄性交配者,增加后代的遗传多样性。

“这是一场雄性和雌性蝴蝶之间的持久战斗,蝴蝶的性行为可能比人们想象的更加极端和暴力。”据悉,安娜在圣玛利亚联邦大学攻读硕士学位期间,对巴西南部草地进行了一项蝴蝶多样性调查,偶然发现一种不同寻常的雌性蝴蝶,该蝴蝶物种叫做Euryades corethrus,当蝴蝶收起它们棕褐色斑驳的翅膀时,惊奇地发现雌性蝴蝶腹部伸出两个巨大的尖刺,这是雄性留下在雌性身体上的交配塞。

她说:“它几乎和腹部一样长,这真得很奇怪!”这是安娜第一次观察到蝴蝶交配塞,她的硕士导师解释称,Euryades corethrus非常独特,它长着两个巨大尖刺突起是一个翼形塞状结构。

之后安娜在昆虫博物馆中研究馆内收藏的蝴蝶标本,观察了各种特殊身体结构,甚至还发现一些雌性蝴蝶身体上也有类似的独特塞状结构。

雄性蝴蝶会耗费很大体能制造交配塞,这种复杂柔软结构是在雄性蝴蝶生殖系统中“模型化”生成,一旦成功实现与雌性的交配,它们就会将交配塞插入雌性交配孔,对于雌性而言,这些交配塞能持续存在很长时间。安娜称,对于那些身体仅有一个交配孔进行交配和生育后代的动物而言,阻塞这处交配孔的塞状结构必须溶解或者被移除,从而便于雌性生育后代。由于雌性蝴蝶的生殖系统对于交配双方仅有一处交配孔,当雄性交配结束后会保留这个交配塞,并有效地阻止雌性与其他雄性发生交配。

安娜在圣玛利亚联邦大学攻读硕士学位期间,对巴西南部草地进行了一项蝴蝶多样性调查,偶然发现一种不同寻常的雌性蝴蝶,该蝴蝶物种叫做Euryades corethrus,当蝴蝶收起它们棕褐色斑驳的翅膀时,惊奇地发现雌性蝴蝶腹部伸出两个巨大的尖刺,这是雄性留下在雌性身体上的交配塞,其长度几乎与腹部一样长。

“这是最终目标,如果进化的主要驱动因素之一是繁衍后代,那么对于雄性而言,这是一个确保父权的最佳策略。”

但是雌性蝴蝶能从多个交配伙伴中受益,安娜说:“更多的交配伙伴意味着获得更优质精子的概率增大,后代遗传多样性也会增加,因此雌性蝴蝶会想出多种对策,我发现某些蝴蝶物种雌性生殖器官外露时,处露处有一块坚硬光滑的板状结构,该特征可能会使雄性蝴蝶很难固定交配塞。”

此外,安娜还观察到雌性蝴蝶生殖器官插入雌性体内类似巨大洞穴的结构,雄性交配完成后很难固定交配塞,她说:“雌性进化出生殖器官适应性,因此雄性要么分配大量体能制造更大的交配塞,阻止雌性与其他雄性交配,要么就放弃。”

这种性冲突普遍存在于动物王国,人们可以在蛇、松鼠、袋鼠、蜜蜂、蝎子和其他各种哺乳动物和节肢动物中发现交配塞,蝴蝶交配塞的多样性可能是性冲突导致新物种产生的有力证据。

Cressida cressida蝴蝶雌性身体上的交配塞。

在近期发表在《系统生物学》杂志的一项研究中,安娜将数百只毛足蝶放入不同博物馆进行收藏,其中包括:佛罗里达博物馆、史密森尼博物馆、加利福尼亚州博物馆和加拿大博物馆。在Acraeini蝶群中,大约有300个蝴蝶物种,安娜调查了多样化率是否与交配塞特征有关。

“在这场性交配竞赛中,雄性和雌性蝴蝶都进化形成一些新适应能力,可以导致新蝴蝶物种的出现。”之前研究表明,蝴蝶物种形成率较高与交配塞存在直接关联,然而,在对数据进行多次分析后,她发现有交配塞的蝴蝶和没有交配塞的蝴蝶在物种形成方面没有差别。“或许我们需要重新思考性别冲突与多样性之间的关系,事实上可能更加复杂。”

其他因素可能增大物种多样性,例如:栖息地和物种分布等。她希望进一步研究交配塞,并将研究范围扩大到其他昆虫的性行为,洞察这些生物的性交配行为会让我们感到非常惊讶。

她说:“当我开始讨论蝴蝶的性行为时,许多人认为这是非常无趣的研究,只有深入研究之后,才发现其中不为人知的秘密。”(叶倾城)

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