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昆明植物所揭示苍蝇传播种子的新机制

媒体:原创  作者:植物园联盟
专业号:植物园联盟 2025/7/31 14:15:22

种子传播是植物繁殖和生态系统功能维持的核心环节。目前,动物介导的种子传播研究大多聚焦于脊椎动物,而无脊椎动物传播除蚁播(myrmecochory)外研究甚少,其他类群的传播作用常缺乏关注。双翅目昆虫(蝇类)虽种类繁多、分布广泛,却从未被证实为种子的传播者。其中,具有盗寄生习性(kleptoparasitism)的孟蝇属(Bengalia)苍蝇,以抢劫蚂蚁搬运的食物及后代为生(图1)。鉴于其与蚁播植物的分布广泛重叠,孟蝇很可能与传播种子的蚂蚁发生相互作用进而介导二次传播,但这一假说尚未被验证。

中国科学院昆明植物研究所陈高研究团队经过长期的野外观察和为期多年的生物测定,首次证实苍蝇可作为有效的种子传播者。研究发现孟蝇(Bengalia varicolor)会主动抢劫蚂蚁搬运的种子,建立了一种全新的种子传播互惠关系(图2)。具体机制为:孟蝇被搬运种子的蚂蚁吸引,从高处观察后俯冲拦截,利用前足抓牢种子并通过反复起飞抖掉会影响其行为的蚂蚁;随后取食种子上的附属物(油质体),最终将种子丢弃(图3)。被丢弃的种子常由其他蚂蚁重新发现并再次传播,该过程揭示了动植物互作的复杂生态关系。

为量化孟蝇对蚁播过程的影响,研究团队设计了系统的实验(比较有/无孟蝇参与时的种子散布格局),并探究了孟蝇与种子大小的匹配效应(大/小孟蝇 vs. 大/小种子)。实验选用云南百部(Stemona mairei,大种子)和小檗裸实(Gymnosporia berberoides,小种子)共2580粒种子,设置172组试验处理。研究结果表明:(1)苍蝇参与显著增加了传播距离:孟蝇的存在使种子平均散布距离显著增加(β = 0.30, P < 0.001)。(2)优化了传播格局:孟蝇显著提升了种子到达次级蚂蚁巢穴(距离更远)的数量和概率,尤其是在大孟蝇-大/小种子组合中效果显著。(3)是一种新型协同传播机制:独特的“接力式”传播模式——蚂蚁初始散布种子,孟蝇抢劫并再次分散(二次传播)后,蚂蚁重新搬运并完成后续传播(可形成多达7次的交替循环)。这种孟蝇与蚂蚁的接力传播(可视为双重传播diplochory的一种新形式)显著扩展了种子的传播距离、范围和可利用的微生境(图3)。

该研究揭示了基于孟蝇盗寄生行为的特殊种子传播机制,即依赖于蚂蚁初始搬运,并常引发其他蚁群蚂蚁的接续传播。同时发现孟蝇具有传播种子的普遍行为(包括百部科、卫矛科、大戟科、藜芦科、罂粟科、远志科等),且它的地理分布与蚁播植物存在广泛重叠(图4)。该研究为蝇类与植物的相互作用增添了新的维度——种子传播,区别于传统的访花、传粉、植食或寄生关系。盗寄生孟蝇通过窃听蚂蚁的示踪素、招募素及警戒素进而介导种子传播的识别机制及互作过程中的能量流还在进一步研究中。

上述研究成果以Seed dispersal by kleptoparasitic flies为题,发表于Cell出版社的知名期刊Current Biology。中国科学院昆明植物研究所博士后于玉龙和英国杜伦大学Guillaume Chomicki教授为论文共同第一作者,陈高研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金(32371564)、云南省基础研究计划重点项目(202301AS070001)等项目的支持。

图1 孟蝇抢劫蚂蚁搬运的食物或后代:蚂蚁幼虫和蛹(A & B),白蚁(C),面包屑(D),鳞翅目、直翅目、双翅目和鞘翅目昆虫(E-I)

图2 孟蝇抢劫蚂蚁搬运的云南百部的种子

图3 孟蝇抢劫搬运种子的蚂蚁的过程(A-I)及有无孟蝇存在下,种子传播距离的比较(J)、散布的蚁巢数和进入各蚁巢种子数的综合比较(K-N)

图4 孟蝇传播不同植物类群的种子:远志科(A & F)、百部科(B & D)、卫矛科(C)和罂粟科(E)

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