醋蝇有良好的视力或嗅觉 但不是两者兼而有之

作者如伊恩Keesey,马库斯Knaden和比尔·汉森曾观察到不同的行为在早期研究中的黑腹飞醋果蝇黑和樱桃飞醋果蝇suzukii,在中欧较新的有害生物:当果蝇更有可能被食物的气味所吸引,在D. suzukii视觉中也起到了觅食的重要作用。这些行为偏好也反映在各个感觉器官的不同大小中。基于这一观察结果,科学家们假设视觉和嗅觉的变化是所谓权衡的结果。通过这个术语,生物学描述了一个特性的有益变化何时与适应环境中的另一个特征的有害变化相关联。在果蝇属的情况下,这种权衡似乎发生在视觉和嗅觉器官的表达中。

为了测试他们的权衡假设,研究人员检查了眼睛和触角的形式和功能,以及总共62种果蝇物种的相关视觉和嗅觉脑结构:“果蝇属为我们提供了更大的感官表达变异我们预计在一个密切相关的昆虫群体中。实际上,大眼睛的物种表现出小鼻子或触角,而具有较大触角的物种的眼睛比例较小,“主要作者Ian Keesey说。反过来,感觉器官的大小反映了与选择寄主植物或配偶有关的偏好。大鼻蝇更容易使用嗅觉提示,而大眼蝇更有可能遵循视觉提示。

“对眼睛和触角的详细分析揭示了视觉和嗅觉之间的整体权衡:我们发现主要投资于视觉的物种,视觉和嗅觉大致相同的物种,以及主要依赖于嗅觉的物种但是,所研究的物种都没有大眼睛和大触角,“Markus Knaden解释道。对于他们的分析,研究人员重建了在视觉和嗅觉中发挥作用的主要感觉脑结构,包括视神经和触角。此外,他们使用高分辨率显微镜来仔细观察各种蝇类的感觉器官。“动物必须选择发育良好的嗅觉系统或视觉的一个原因可能是,在胚胎发育过程中,感觉器官都来自同一结构,只有有限数量的细胞核。资源的竞争决定了两个感觉器官中哪一个更为明显,因此发生在发展的早期阶段,“进化神经病学系主任比尔汉森说。

该研究的一个重要发现是遗传特征是相关的。一种性状的变化会对机体产生巨大影响。但是,某些属性不太容易修改,尤其是当与另一个属性连在一起时。“如此精心研究的两种感官,例如视觉和嗅觉,是相互关联的,这是令人着迷的。我们现在怀疑存在促使昆虫优先考虑眼睛或鼻子的进化压力,”Ian Keesey说。

通过他们的研究,科学家们希望在所谓的Eco-Evo-Devo研究中开辟新的途径。该研究领域基于这样的假设:生态学(eco),进化(evo)和发育生物学(devo)的概念紧密相关,对生态关系的理解也需要进化和发展知识,反之亦然。虽然基因组数据可用于许多物种,但通常缺乏对其生态学的了解。“这些权衡,特别是在遗传模型生物体中,为确定生态和进化如何塑造自然界的机制提供了一条途径,”Ian Keesey说。

科学家们还希望鼓励其他研究小组不要只关注着名的黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster),而是要在他们的研究中包含更多的这一属。本研究的大量数据集均可在Max Planck数据库Edmond中获得,欢迎研究人员将其用于与整个属的其他果蝇物种进行比较。