漏斗蛛性晕厥行为及其化学诱发因子研究

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达尔文1871年提出性选择理论,以解释那些不适用于自然选择理论的雌雄性状,并且认为雌雄双方在性选择中是相互合作的、和谐的。然而,雌雄两性在繁殖过程中,由于采用不同的性策略和后代投入策略,往往导致繁殖利益的不对等,因而产生性冲突。性晕厥现象是性冲突理论的典型案例,雄蛛为自身的繁殖利益而让雌蛛付出代价。性晕厥行为是漏斗蛛(蜘蛛目︰漏斗蛛科)类群中特有的一种极端性行为,表现为雌蛛在雄蛛求偶成功时刻开始直至交配完成为止始终处于晕厥状态。但目前漏斗蛛性晕厥行为的研究主要集中在行为现象方面,对晕厥发生的调控机理没有涉及。本文对10属13种漏斗蛛的性行为进行了摄像观察,分析了漏斗蛛性行为的普遍规律,发现这些漏斗蛛雌蛛在交配过程中均处于晕厥状态。以其中常见的漏斗蛛种:机敏异漏斗蛛Allagelena difficilis(Fox,1936)与阴暗拟隙蛛Pireneitega luctuosa(L.Koch,1878)为研究对象,阐释了漏斗蛛雄性信息素的化学结构,并证实雄性信息素在性行为过程中有诱发雌蛛晕厥的行为调控功能;以阴暗拟隙蛛为研究对象,阐明了晕厥诱发化合物的雄蛛释放途径与雌蛛接收器官。主要研究结果如下:(1)揭示了漏斗蛛类群性行为的普遍规律利用录像分析的方法研究了10属13种漏斗蛛的性行为,结果发现13种漏斗蛛均存在性晕厥行为。对其中的常见漏斗蛛种类:阴暗拟隙蛛Pireneitega luctuosa、刺近隅蛛Aterigena aculeata(Wang,1992)、机敏异漏斗蛛Allagelena difficilis、韩国异漏斗蛛A.koreana(Paik,1965)、森林漏斗蛛Agelena silvatica Oliger,1983、罗氏宽隙蛛Platocoelotes luoi Chen&Li,2015等6种漏斗蛛的性行为特征进行了详细的分析。依据实验室内性行为实验结果,提出漏斗蛛类群性行为过程的5个阶段:雄蛛适应、雄蛛求偶、雄蛛准备、交配和雌蛛苏醒阶段。对性行为各阶段的持续时间的统计分析发现:雄蛛适应阶段持续时间最短的是阴暗拟隙蛛约1.56 min,最长的是罗氏宽隙蛛约为16.51 min;雄蛛求偶阶段持续时间最短的是刺近隅蛛约为3.30 min,最长的是韩国异漏斗蛛为44.23 min;雄蛛准备阶段持续时间最短的是刺近隅蛛几乎没有,最长的是机敏异漏斗蛛约为111.48 min;交配阶段持续时间最长的是阴暗拟隙蛛约为19.5 h,最短的是刺近隅蛛约为2.2 min。雌蛛苏醒阶段仅在阴暗拟隙蛛、森林漏斗蛛、罗氏宽隙蛛存在,时间5-25 min不等。(2)鉴定出了漏斗蛛雄蛛信息素的化学结构利用固相微萃取、顶空采样、浸提取样等研究方法,使用气相色谱-质谱联用仪和热脱附-气相色谱-质谱联用仪对森林漏斗蛛和阴暗拟隙蛛独处和交配阶段的雌、雄蛛等各组的全体浸提液分别进行化合物的分离和检测,发现雄蛛释放的特定的化合物可能是其头胸部释放的不挥发或极弱挥发性的化合物。进一步对机敏异漏斗蛛独处、求偶和准备阶段的雌、雄蛛等各组的头胸部浸提液提取物的分离和检测,组间对比分析后,获得雄蛛准备阶段特定的化合物色谱峰。根据该化合物色谱峰的保留时间、质谱特征,从GC-MS谱库中检索到高匹配的化合物二十九烷。人工合成二十九烷的标准化学品,经非极性(HP5-MS)和极性(DB-17 MS)色谱柱分离检测,验证了人工合成的标准品二十九烷与初提液中的化合物色谱峰的保留时间和质谱特征一致,确定机敏异漏斗蛛候选雄蛛信息素为二十九烷。同样的实验方法初步确定阴暗拟隙蛛候选雄蛛信息素为13,17二甲基三十一烷。(3)证实了漏斗蛛雄蛛信息素的晕厥诱发功能利用行为学的研究方法,对机敏异漏斗蛛候选雄蛛信息素二十九烷的性行为调控功能进行测试。对比二十九烷处理雌蛛组与对照组蜘蛛性行为各阶段的时长,结果显示雄蛛在适应、求偶、准备以及交配阶段的持续时间的组间差异不显著。对比处理组与对照组雌蛛不同行为类型发生的频率,结果显示二十九烷处理后的雌蛛的配合行为与晕厥行为显著高于对照组雌蛛;躲避、对立和其他行为的组间差异不显著;同时,处理组的交配率显著高于对照组。可见二十九烷显著提高了机敏异漏斗蛛雌蛛的晕厥率,进而显著增加了雄蛛交配成功的机率。这也是动物类群中分离提取出的第一个近距离向同种雌性释放信息素诱发配偶晕厥的化合物。(4)阐明了晕厥诱发化合物的释放和接收途径研究中发现阴暗拟隙蛛雌蛛在被求偶完成时刻所表现的晕厥深度远远不及准备完成时的雌蛛,提示阴暗拟隙蛛雄蛛在大约38 min的准备阶段通过近距离释放化学物质加深了雌蛛的晕厥,推测雄蛛通过其螯牙孔释放了化学物质而雌蛛则通过其步足上的化学感受器接收该化学物质。利用扫描电子显微镜对阴暗拟隙蛛雄蛛的螯牙与雌蛛步足上的化学感觉毛进行了显微观察,并设计了封堵雄蛛螯牙与雌蛛化感毛后测定晕厥率和交配率的实验,结果显示:雄蛛螯牙封堵对雌蛛晕厥率影响不显著,但显著降低了交配成功率;雌蛛化感毛封堵后,雌蛛晕厥率显著降低,且全部没有交配成功。研究结果显示晕厥诱发化合物极可能是通过雄蛛螯牙孔释放,雌蛛步足上的化学感觉毛是晕厥诱发化合物的接收器官。
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