本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
一只简单的小菜粉蝶(Pieris rapae)的幼虫正愉快地啃食着一颗卷心菜叶,完全没有意识到它刚刚引发了复杂的物种间相互作用。卷心菜对毛毛虫对其组织的破坏感到不满,正在向空气中释放挥发性化合物,希望吸引寄生蜂,比如Cotesia glomerata,它们把像正在吃卷心菜珍贵叶子的毛毛虫作为幼虫的孵化器——并且成功了。被受损植物散发出的化合物吸引,一只雌性寄生蜂到达并找到了毫无防备的毛毛虫。她用针状的附肢将卵注入毛毛虫的体内,她的幼虫孵化出来并逐一吞食毛毛虫的内脏器官,小心地选择最不重要的器官,以便它们的食物尽可能地存活更长时间。最后,当它们准备化蛹时,寄生蜂幼虫会钻出来,并通过一种化学技巧,说服它们半死的宿主为它们编织一个具有保护性的丝网。成功了,植物想着(如果植物会思考的话);它的求救信号阻止了另一只饥饿的毛毛虫。
但是,正如荷兰科学家所发现的那样,故事并没有就此结束。C. glomerata也逃脱不了同样的命运,因为还有其他寄生蜂将它们作为宿主,将卵产在在毛毛虫体内生长的寄生蜂幼虫中,就像一个寄生的俄罗斯套娃。研究人员发现,这些超寄生蜂(寄生蜂的寄生蜂)也能闻到植物发出的呼救信号。
毕竟,世界是很大的。需要找到非常特定、小型宿主的寄生虫可以从一种方式中受益,这种方式可以帮助它们找到所需的东西,而不会浪费大量的能量搜索。因此,Cotesia glomerata 和其他以毛毛虫为宿主的寄生蜂被受损植物释放的化合物吸引是有道理的。如果它们被吸引,那么寄生它们的寄生蜂也应该被吸引。因此,该团队通过收集未受损植物、受未感染毛毛虫破坏的植物以及受已感染寄生蜂幼虫的毛毛虫破坏的植物的空气,来验证这一假设,然后将这些气味呈现给超寄生蜂,以观察它们是否被吸引。
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这些寄生蜂不仅被毛毛虫破坏的气味所吸引,“我们发现它们更倾向于检测受感染毛毛虫破坏的植物的气味,”该研究的主要作者埃里克·波尔曼博士解释说,该研究今天发表在《公共科学图书馆·生物学》上。寄生蜂被受感染毛毛虫造成的损害吸引的程度几乎是五倍。“我们对这些结果感到兴奋,因为它们表明超寄生蜂依赖植物、食草动物和寄生蜂之间的相互作用网络来定位它们的宿主”。
但是寄生蜂是如何检测到毛毛虫是否被感染的呢?波尔曼和他的团队想找出答案。已知感染会改变毛毛虫的唾液成分,因此他们采集了未感染和感染的毛毛虫的唾液,并将这些气味呈现给寄生蜂,但寄生蜂并不在意。因此,虽然感染正在改变毛毛虫的唾液,但吸引性化学物质的变化必定来自植物。然后,他们测试了不同的空气收集物中的挥发性化合物,发现受Cotesia glomerata感染的毛毛虫破坏的植物与受未感染毛毛虫破坏的植物的相似度仅为40%。感染会改变毛毛虫唾液中的某些物质,而这反过来会影响植物在受到该唾液破坏时释放的挥发性化合物。
这种复杂的相互作用网络让人质疑植物化合物最初的作用。虽然它们通常被认为是“求救信号”,但该团队指出,事实可能并非如此。“尽管植物挥发物可能作为寄生蜂的‘线索’,但它们可能不是植物释放的特定‘信号’(意味着选择性益处),”作者写道。“必须强调的是,挥发性线索可能会向许多社区成员提供信息,因此可能不一定会给植物带来适应性上的好处。”
这些发现还质疑了使用寄生蜂作为生物防治来管理害虫的做法。Cotesia glomarata 已被引入并有意释放到许多农业区域,以控制像Pieris rapae这样的毛毛虫。最近,有人建议,农民可能会喷洒受损植物释放的挥发性化合物以吸引更多的寄生蜂,作为一种无需使用杀虫剂即可减少害虫数量的方法。但是作者认为,这种策略可能并不那么明确。“我们的结果表明,超寄生蜂可能寄生高达 55% 的寄生蜂后代,因此可能在寄生蜂种群动态中发挥重要作用,”他们警告说。“在超寄生蜂对 HIPV 的反应导致寄生蜂大量死亡的情况下,作物中过度表达食草动物诱导的植物挥发物 [HIPV] 或合成寄生蜂引诱剂的田间应用可能不利于害虫控制。”
换句话说,物种之间的相互作用比我们曾经认为的要复杂得多,我们不能假设我们可以预测我们的操纵会如何影响一个群落——这通常是我们试图使用生物防治机制时遇到的麻烦。我们越是试图干预物种间的相互作用,我们似乎就会遇到越多的意想不到的后果。
研究:Poelman E., Bruinsma M., Zhu F., Boursault A. & et al (2012). Hyperparasitoids Use Herbivore-Induced Plant Volatiles to Locate Their Parasitoid Host., PLoS Biology, 10 (11) e1001435. DOI: 10.1371/journal.pbio.1001435.t005
图片:Nina Fatouros, www.bugsinthepicture.com