全球变暖可以将君主蝴蝶最喜欢的食物变成毒药

路易斯安那州立大学的研究人员发现了气候变化，帝王蝶和乳草植物之间的新关系。事实证明，变暖的温度不仅直接影响君主Danaus plexippus，而且还可能通过将其喜爱的植物食物变成毒药来影响这种蝴蝶。

路易斯安那州立大学生物科学系副教授Bret Elderd和博士学位Matthew Faldyn。来自德克萨斯州凯蒂的Elderd实验室的学生今天与密歇根大学生态与进化生物学系和自然资源与环境学院的共同作者Mark Hunter一起发表了他们的研究结果。该研究发表在该领域的领先期刊Ecology上。

“许多全球气候变化研究都集中在一个物种上，以及该物种将如何受到气候变化的影响，”Elderd说。“但我们知道，实际上物种会相互作用，而且它们通常紧密地联系在一起。”

一种这样的物种相互作用是帝王蝶和马利筋属植物马利筋属。君主是马利筋的专用饲养者。个体总是在乳草植物上产卵，幼虫仅在这种特定植物的不同种类上发育。

“我们想探索物种相互作用，如君主和乳草的物种相互作用，随气候变化而变化，或气候变化对帝王蝶通过它们所吃的植物产卵的间接影响，”Elderd说。

Faldyn和Elderd发现，与气候变化相关的局部变暖可以产生马利筋的化学变化，当它们和它们的幼虫以这种植物的某些物种为食时，尤其是非本地马利筋草(Asclepias curassavica)，它们会影响帝王蝶。

“重要的是要了解通过乳草介导的变化如何影响帝王蝶，”法尔丁说。

有几种不同种类的乳草，但它们都有一个共同的特征。它们在叶片组织中产生有毒化学物质，称为cardenolides，阻止大多数脊椎动物捕食者。这些化学物质属于强心苷类，干扰心脏和其他组织中的钠钾泵，如果大量摄入，甚至可以影响人类。然而，君主已经发展到在某一点上变为对卡多内酯具有耐受性。通过将卵产在含有对其掠食者有毒的卡多内酯水平的乳草植物上，君主可以保护其毛虫后代免于被吃掉。在对马利筋叶片进行孵化和咀嚼之后，毛虫中充满了卡多内酯，这使得它们对大多数捕食者(如鸟类)的味道都很难闻。帝王蝶也将这种化合物隔离在它们的翅膀上。他们对比鲜明的橙色和黑色翅膀向蓝鸟等鸟类发出“不要吃我”的信号。

但是，如果乳草植物产生过多的这种有毒化学物质，以植物叶子组织为食的毛虫可能会无意中毒害自己。

“对于君主蝴蝶来说，这是一个金发姑娘的情况。乳草中的这些化学物质太少，植物不会保护君主毛虫免于进食，”Elderd说。“但这些化学物质浓度太高也会伤害君主，减缓毛虫的发育，降低生存率。”

诀窍在于君主们发现一种乳草种类，就其产生的cardenolides数量来说恰到好处。在美国南部，这种理想的物种原来是入侵的马利筋A. curassavica，俗称“热带马利筋”，通常在园艺商店出售。

“A. curassavica很耐寒。它的叶子比其他大多数物种更长，它一年四季开花，使园艺师和房主更具吸引力，”Faldyn说。这种植物通常以“美化你的院子，拯救蝴蝶”等标语出售给房主。

君主们确实喜欢入侵的A. curassavica。事实上，在目前的气候条件下，以这种马利筋为食的成年君主表现出更高的存活率和体重。这是因为A. curassavica含有完美量的cardenolides - 只是在太多的边缘。但是，增加这种植物中的卡登内酯水平的环境条件，例如温度升高，可能会为君主建立一个生态陷阱。

当这种植物感觉到温度升高时，它会产生更多的卡多内酯，可能作为防御机制。

温度依赖性的A. curassavica中的cardenolide浓度增加，Elderd和Faldyn在这些植物周围放置微小的温室状结构后三天内在田间观察到，推动君主超过临界点，使幼虫中毒，延迟幼虫生长和领先对于发育迟缓的蝴蝶长度。

从本质上讲，随着气候变化，过多的好事变成了坏事，特别是涉及到热带乳草植物时。天然的A. incarnata乳草天然产生的有毒化学物质少于热带乳草，但较温暖的条件不会从根本上改变这些水平。在全球变暖的条件下，以非天然乳草为食的君主在生长和存活方面比以天然乳草为食的君主更糟糕。

“如果我是一只帝王蝶，而我正在回应过去的环境条件，我会把鸡蛋放在A. curassavica上，”Elderd说。“但在全球变暖的条件下，我会在不知情的情况下对我的后代造成伤害。”

Elderd和Faldyn在野外应用于乳草植物的变暖条件模拟了在未来40年或更早的时间内在巴吞鲁日发生的温度。例如，如果有热浪。

“人们越来越认识到，在试图了解气候变化对生态动态的全面影响时，需要考虑物种相互作用，尤其是紧密相连物种之间的相互作用，”作者写道。

不幸的是，侵入性乳草植物遍布整个美国南部.Faldyn希望提高植物销售者，园丁和家庭主人的意识，因为全球气候变化，最好种植本地乳草而不是普遍的非本地热带乳草植物。君主。

下一步是什么?

Faldyn和Elderd正在路易斯安那州立大学接受后续研究的本科生，例如评估可能在他们必须与入侵物种竞争的地区支持当地乳草植物的条件。