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兰花螳螂花状腿瓣的滑翔功能

发布时间:2023-11-30
来源:节肢动物行为与生态研究组
  兰花螳螂(Hymenopus coronatus(图1)中、后步足分别具有一对花瓣状外延结构(此文称为:花状腿瓣)。由于特化的身体形态和色彩,200多年来,人们一直猜测兰花螳螂的形态是模拟花朵的演化产物。近些年,James C. O’Hanlon等学者对该猜想进行了验证,研究虽然发现兰花螳螂的拟花体色能助其诱引猎物,但其花状腿瓣存在与否并不影响其捕猎结果,花状腿瓣的功能究竟为何依然悬而未决。

1. 兰花螳螂(Hymenopus coronatus)(陈占起 摄) 

  11月29日,中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)陈占起研究团队领衔发表最新研究成果,证实了兰花螳螂花状腿瓣的功能。 

  1. 行为学研究发现兰花螳螂是优秀的滑翔者,且其花状腿瓣对滑翔至关重要。正常状态下兰花螳螂从10米高掉落的水平滑翔距离平均为6.1米,最远可达14.7米(图2上)。剪除腿瓣的兰花螳螂却只能滑翔平均4米的水平距离,而处于麻醉状态下的个体全部垂直下落(图2下)。 

2. 兰花螳螂滑翔体式示意图和距离(上),以及正常状态、移除花状腿瓣和麻醉状态下的滑翔表现差异(下) 

  2. 通过形态结构分析发现兰花螳螂的花状腿瓣呈现弧形,与其它动物的滑翔结构或鸟类翅膀的弧度吻合 (图3)。 

3. 兰花螳螂花状腿瓣的横截面弧形结构 

  3.对不同龄期之间花状腿瓣研究还发现,兰花螳螂花状腿瓣随龄期的增加而逐渐长大、变圆,大龄个体花状腿瓣占据了身体面积的更大比例(图4)。通过这种调节,尽管末龄若虫比一龄若虫重165倍,却拥有相似的滑翔距离 


4. 不同龄期兰花螳螂花状腿瓣的形态改变 

  兰花螳螂花状腿瓣是节肢动物类群第一例被报道的明显滑翔结构。相比于鼯鼠,飞蜥和树蛙等以皮膜、蹼膜为滑翔结构的脊椎动物,节肢动物外骨骼由硬质的几丁质构成,其特化的外延结构往往难以收起。从而导致其平时活动能力下降、更易被天敌发现等不利情况。为此,兰花螳螂,叶䗛,一些蝽类等拥有这一结构的节肢动物往往伴随着体色伪装等生存策略。该研究意味着,滑翔需求可能是促进较大体型节肢动物演化出明显特化外延结构和体色的重要驱动力之一,并为探究动物硬质滑翔结构的空气动力学原理提供了研究对象。 

  该研究成果以Petal-shaped femoral lobes facilitate gliding in orchid mantises(兰花螳螂花状腿瓣促进滑翔)为题,于2023年11月29日在线发表于生物学期刊Current Biology《当代生物学》上。版纳植物园博士研究生赵芯为该论文第一作者、刘景欣工程师为第二作者,版纳植物园陈占起研究员和南弗洛里达大学(University of South Florida)曾昱博士为共同通讯作者。Tristan Charles-Dominique,Ahimsa Campos-Arceiz,Bing Dong,Lin Yan,James C. O’Hanlon为合作作者。该课题得到国家自然科学基金委员会中国科学院和云南省等项目的资助。 

本文作者:赵芯,陈占起

责任编辑:张维静
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