PNAS | 静电揭秘：捕食者与猎物的感官大战

生态学文献分享 · 公众号 · · 2024-07-10 11:00

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https://doi.org/10.1073/pnas.2322674121

捕食者和猎物之间的相互作用是一种生死攸关的关系，是自然选择中最强大的生态驱动因素之一。在这样的互作中，感官的敏锐性是生存的关键。在我们周围的环境中，陆地动物移动过程中会积累静电荷，这些电荷能够在一定距离内施加力作用。由此可能会在捕食者和猎物之间产生一种独特的感官互动：猎物可以通过电感知来检测捕食者，从而启动防御行为。然而目前这种电感应的研究尚比较少。近期发表在 PNAS 的一项研究对此进行了探讨，试图揭示隐藏在自然界中的电感应现象。

为了验证捕食者 - 猎物间存在电感应这一假设，本研究对三种蛾类毛毛虫（ Tyria jacobaeae 、 Telochurus recens 、 Aglais io ）和一种捕食者黄蜂（ Vespula vulgaris ）进行了行为、生物物理、形态学和模拟研究。在黄蜂巢穴的入口处安装了静电荷传感器，以测量黄蜂携带的静电荷。然后，模拟黄蜂靠近毛毛虫时的电场强度，并在行为实验中对毛毛虫施加类似的电刺激。

实验结果表明，捕食者黄蜂携带有显著的静电荷（ 8.81 ± 12.81 pC ）。相比之下，毛毛虫的静电荷较低，如 T. jacobaeae （ 0.48 ± 1.15 pC ）和 T. recens （ 1.64 ± 1.23 pC ）。

行为实验表明，当施加模拟黄蜂电场时，毛毛虫会表现出显著的防御行为。 T. jacobaeae 和 T. recens 在电场开启时，会显著延长防御卷曲的时间，并延迟开始行走的时间。 A. io 则表现出更多的扑打和咬合行为，且这些行为仅在电场开启时发生。

通过扫描电镜图像解析，本研究还观察到毛毛虫的机械感受刺毛在电场作用下发生偏转，并与捕食者黄蜂的翼频率相调谐。这些结果表明，这些感受刺毛可能在电感知中起重要作用。

综上，本研究为捕食者与猎物互动中的电感知现象提供了直接证据，揭示了自然选择驱动进化的新维度。通过深入了解这一现象，可以更全面地理解动物的感官系统和生态动态虽然本研究揭示了毛毛虫通过电感知检测捕食者的现象，但仍有一些局限性。例如，实验中使用的电场强度可能与自然界中存在的电场有所不同。此外，尚未完全确定这些感受毛的具体电感知机制。未来的研究可以进一步探讨不同物种间的电感知差异，以及人类活动（如电力设备的电噪声）对这种感官系统的潜在影响。

图 1. 本研究涉及的 4 个物种（作为猎物的 3 种毛毛虫蛾子和作为捕食者的 1 种黄蜂）的照片。 (A) Tyria jacobaeae 毛毛虫采取防御性的盘卷姿势。 (B) Telochurus recens 毛毛虫采取防御性盘卷姿势。 (C) Aglais io 毛毛虫在进行防御性挥舞动作。 (D) 捕食者黄蜂 ( Vespula vulgaris ) 。

图 2. 捕食者黄蜂与猎物毛毛虫之间作用的物理电场力的特征。 (A) 4 个物种携带的净静电荷量。虚线表示从负电荷值到正电荷值的过渡。注意黄蜂和毛毛虫之间的刻度不同。 (B) 捕食性黄蜂和毛毛虫位于植物茎上的三维电场强度计算模型的中心的二维切片。

图 3. 包括电场强度和行为数据的行为装置。 (A) 行为装置在峰值电压下产生的电场强度。 (B) 在暴露于模拟捕食者电场（红色，右）或未暴露（蓝色，左）的情况下， T. recens 毛毛虫在模拟攻击后展开所需的时间。 (C) 在暴露于模拟捕食者电场（红色，右）或未暴露（蓝色，左）的情况下， T. jacobaeae 毛毛虫在模拟攻击后展开所需的时间。 (D) 在暴露于模拟捕食者电场（红色，右）或未暴露（蓝色，左）的情况下， T. jacobaeae 毛毛虫在模拟攻击后开始行走所需的时间。 (E) 在暴露于模拟捕食者电场（红色，右）或未暴露（蓝色，左）的情况下， A. io 毛毛虫挥舞所花费的时间。 (F) 在暴露于模拟捕食者电场（红色，右）或未暴露（蓝色，左）的情况下， A. io 毛毛虫在电极上咬合的次数。

图 4. S1 至 S8 刺毛被鉴定为候选电感受结构。扫描电镜图像显示了针对

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