城市灯光照耀，昆虫何去何从？你知道光污染会影响昆虫的冬眠吗？

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文字|云诗意

编辑|云诗怡

介绍

由于城市供暖和夜间人造光的存在，农村和城市地区的季节性温度和日照变化存在显着差异。许多研究都集中在这些普遍性状对日常生物活动的影响，但对昆虫季节性的实证研究有限。

在这项研究中，我们选择肉蝇作为模式昆虫，研究城市化对冬眠发生率和持续时间的影响，不仅在实验室观察，而且在农村和城市环境中观察。

在实验室中，低至0.01勒克斯的夜间光照水平会影响冬眠的开始。我们将肉蝇笼放置在城市和乡村的户外货架上，以确定进入冬眠的时间；

城市化对昆虫进入休眠的影响城市变暖和夜间人工照明的作用

城市化，即自然和半自然栖息地转变为城市地区，在全范围内急剧增长。城市化的生态影响最初是通过大气、水体、温度、地表等物理环境的显着变化而实现的，从而导致显性城市化。-农村差异。

这些变化影响着城市生态系统及其组成部分在个人、人口和社区层面的状况。研究城市化生态后果的最常见方法是分析物种丰度、物种多样性和物种相互作用。城市化对个人的影响影响必然通过行为和生理反应来调节。

昆虫的小体型使它们能够在大多数环境中利用广泛的生态位，而且它们的小体型也使它们容易受到威胁。由于对季节性温度变化和饥饿很敏感，昆虫必须通过感知环境线索来预测季节的到来，以做好生理和/或行为上的准备。

温带昆虫通过监测日长来预测季节变化，并对这些变化表现出生物反应，称为光周期反应。肉蝇SarcophagasimilisMeade在漫长的夏季不间断地发育。相反，它在秋季白天较短的蛹期处于休眠状态。

理论上认为城市化会影响进入休眠的时间，但对这一现象关注较少。很少有研究关注城市变暖对休眠进入时间的影响，也只有少数研究关注夜间人工照明的影响。WestbyMedley发现，模拟城市人工夜间照明使某种蚊子的休眠发生率降低了40%。

在这个实验中，成年蚊子被转移到实验室，在实验室饲养温度下模拟交配、进食和产卵，光的负面影响可能被低估了。使用红色、绿色或暖白色LED照亮田间的秋夜，以获得70勒克斯的照度。

不受光控制的菜蛾蛹能有效进入休眠，大部分在白光和绿光下，约20%的蛹在红光下避免休眠，弱光在短日照条件的暗期避免休眠。为了进入休眠状态，这些研究仅评估了固定照明水平下“模拟”夜间光的有害影响。野外条件下城市化对休眠进入时间影响的研究较少。

昆虫是陆地生态系统中广泛分布并发挥重要生态作用的最多样化的动物类群，但在全范围内正在迅速减少，城市化是主要驱动因素之一。影响，特别是对其季节性适应策略的影响仍然有限。关注城市变暖和夜间人造光对肉蝇进入休眠的影响，了解这些因素如何影响昆虫的季节性适应将有助于减轻其负面影响。

城市环境中肉蝇冬眠适应策略的实验研究

肉蝇群体来自日本大阪市和丰中市的雌性个体，分别于2014年和2018年捕获。股在长日照条件下培养并维持在251C。

照明阶段采用荧光灯作为光源。将水、两块糖和一块牛肉或鸡肝放入直径15厘米、深9厘米的塑料容器中，并用尼龙网覆盖，为成年肉蝇提供水。第一次供应后十二天，提供另一块新鲜肝脏作为产卵场所。

一天后，收集带有幼虫的肝脏并转移到铝盘中。将板放置在塑料容器中并覆盖30-50毫米厚的干木片。成熟的幼虫停止进食并进入木片，在那里化蛹并成为成虫。产卵后约18天，新成虫出现。

该物种的光周期敏感期从母体子宫的胚胎阶段开始，到幼虫阶段结束。子宫中不存在诱导后代休眠的母体效应，并且这种幼虫收集不会影响休眠诱导。将收集的幼虫转移至一块肝脏并在相同条件下维持。

在实验室休眠诱导实验中，如先前研究中所述，在幼虫收集后20-30天，分别在20C和15C收集后20-30天评估休眠状态和性别，在半自然条件下，在幼虫收集后20-30天评估休眠状态和性别。20-30天后评估休眠状态和性别。蝇蛹被包裹在坚硬的幼虫壳内。打开蛹膜并在半自然实验中确定蛹死亡率。

在20C和15C的长日照、短日照和夜间短日照条件下测量肉蝇的休眠发生率。在所有条件下，果蝇在光照阶段都被荧光灯照亮。对于长日照和短日照条件，在黑暗阶段不提供光照。针对LAN条件，我们设置了荧光灯，

用黑色乙烯基板覆盖它，将照明级别调整为001、01或1勒克斯，然后将其放入培养箱内，保持正常打开状态。在LAN条件下，亮阶段由高照度和低照度同时照明，而暗阶段则只有低强度的荧光灯照明。

城市光污染对肉蝇冬眠的影响

在20C和15C下均观察到明显的光周期响应，长日照条件下休眠很少见，短日照条件下常见。夜间人造光改变了休眠诱导，在20C时，随着人造光强度的增加，休眠发生率降低。

LAN-01条件下雄性的休眠发生率也较高，但在几乎所有个体都进入或避免休眠的条件下，即20长日照条件和15短日照条件下，差异仅4。在阳光条件和15CLAN-001条件下没有性别差异。

半自然条件下的环境参数，比较城市和农村站点，两个站点的日平均气温随着时间的推移而下降，但有一定的波动，尽管OCU站点的日气温比BG站点高0368C，由于城市变暖，进一步计算了7天的滚动平均气温来观察气温下降的规律，这些平均值表明BG站点的气温比OCU站点早下降了三到四周；

BG站点最早温度降至175和15的日期分别为2015年10月3日和2015年10月25日，OCU站点分别为2015年10月28日和11月22日。对于大于1勒克斯的连续照明，日长随时间的变化是相似的。

这些日长与天文日长平行缩短，BG站点和OCU站点之间的日长差异与天文日长的差异仅为05或06小时，当将阈值设置为01勒克斯时，日长BG站点的天文日长比缩短了0.25小时。

相比之下，OCU站点的白昼长度比天文白昼长度长107小时。当阈值设置为001lux时，会显示类似的结果。农村地区的BG站点受人工光源污染较小，夜间较暗，而该地区城市站点OCU站点受人工光源污染，夜间亮度超过01lux。

站点1和站点2的日平均气温随着时间的推移以类似的方式下降，有波动，并且两个站点之间的温差很小，只有0009C，站点1暴露的人造光源较少，而地点2严重暴露于人造光源下。站点1和站点2夜间检测到的照度分别为006009和707280勒克斯。

白昼长度与天文白昼长度平行缩短，但在某些日子，白昼长度会超过16小时。站点2的人造光源影响也很明显，该站点的日长比天文日长长1183小时，当阈值设置为001Lux时，人造光的影响在两个站点都明显。

肉蝇在休眠诱导中表现出明显的光周期反应，在短日照条件下进入蛹休眠但在长日照条件下避免休眠，与本研究的结果一致，这种反应在夜间受到人造光的干扰，即使在20C，001勒克斯的光影响休眠进入。

实验室实验发现，在相同光周期条件下，较低的温度会增强休眠的发生率。对于大多数具有越冬休眠的昆虫，低温有助于休眠诱导，而高温则具有抑制作用。由于这种温度效应，在本研究中，光污染的负面影响在两个实验温度下被部分抵消。这可能有助于解释我们在受夜间人造光污染的栖息地中观察到的休眠进入。

总结

现场实验发现，相对于农村环境，城市栖息地的肉蝇冬眠时间延迟。一年内仅对两个地点进行了比较，但城市人口的季节性延迟可能是由于城市变异性造成的。其他生物体也有温暖的报道，在为期2年的实验中，城市OCU站点的果蝇在夜间暴露于01勒克斯或更高的光线下，但仍然能够在秋季进入休眠状态。WestbyMedley还发现，在蚊子中，城市地区的蚊子种群在秋季仍然可以进入休眠状态。

这可能与在较低温度下最大限度地减少夜间光线影响的能力有关，正如我们在实验室实验中观察到的那样，在实验1的城市位置，2015年10月19日至10月26日期间，一半的蝇群在此期间进入冬眠，这期间7天移动平均气温从205下降到183。到11月16日，所有个体都进入冬眠，当天的移动平均气温为168C。

光周期依赖性低温对另一种肉蝇休眠诱导的影响也有报道。在2513h光照/11h黑暗条件下，果蝇没有进入蛹休眠，而在20和15下，果蝇没有进入蛹休眠。在相同的光照条件下，大约有80和100只果蝇进入冬眠，而在15小时光照/9小时黑暗条件下，大多数果蝇无论温度如何都会避免冬眠，尽管尚未对光污染地点进行调查。中等温度对休眠诱导有影响，但这种依赖于光周期的低温效应将有助于光污染城市地点的休眠诱导。

参考

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