灯蛾鳞片结构与防御蝙蝠功能初探

论文摘要

捕食者与被捕食者之间的军备竞赛使它们协同进化出一系列的探测和防御对策,例如蝙蝠与夜行性蛾类之间的捕食与反捕食对策。灯蛾是典型的夜间活动蛾类,也是回声定位蝙蝠的捕食对象,其中美国白蛾（Hyphantria cunea）是举世瞩目的世界性检疫害虫,既具代表性又具有经济社会意义。蛾类鳞片结构和功能的研究,对防御蝙蝠机制的研究和制造新型建筑声学材料、新型隐形涂料和吸波涂料具有重要意义。通过扫描电镜对美国白蛾（Hyphantria cunea）和异粉蝶灯蛾（Nyctemera adversata）、人纹污灯蛾（Spilarctia subcarnea）、黄臀黑污灯蛾（Epatolmis caesarea）、净雪灯蛾（Spilosomaalbum）和黑须污灯蛾（Spilarctia casigneta）等5种常见灯蛾鳞片的超微结构研究发现:美国白蛾及其它5种常见灯蛾的鳞片排列都是一层窄而长的鳞片覆盖一层短而宽的鳞片,且都属于镂空型鳞片,即鳞片类型属于二型双层鳞片。人纹污灯蛾的覆鳞和基鳞均最长（376.90±8.92μm;265.34±2.87μm）最宽（75.87±2.12μm;67.09±3.86μm）;净雪灯蛾的覆鳞最短（179.40±2.91μm）;异粉蝶灯蛾的基鳞最短（99.32±1.31μm）;美国白蛾的覆鳞和基鳞均最窄（18.79±0.23μm;31.14±0.66μm）。美国白蛾覆鳞的脊间距最大（2.37±0.03μm）;黄臀黑污灯蛾覆鳞和基鳞的脊间距均最小（1.10±0.02μm;1.77±0.01μm）;黑须污灯蛾基鳞的脊间距最大（2.88±0.02μm）。单因素方差分析后表明6种灯蛾覆鳞和基鳞的形态及脊间距都存在显著差异。蛾类鳞片的形态特征不宜单独用于种的鉴定,但在蝙蝠食性分析中具有一定指导意义,也能为利用蝙蝠防治美国白蛾的研究提供可靠而有力的依据。灯蛾鳞片因具有蜂巢状的空洞,而十分类似于建筑声学中的吸声材料。通过迷你混响室法测试蛾类翅膀分别在有鳞片和无鳞片情况下的吸声系数发现,在蝙蝠所发射的主要超声频段（40-60kHz）灯蛾翅膀有显著吸声效果。然而,一旦去掉灯蛾的鳞片后灯蛾翅膀则失去原有的吸声性能。我们认为,蛾类鳞片吸声性能介于多孔介质和穿孔板吸声结构之间,是在多孔吸声和穿孔板吸声两种机理的共同作用下,实现对声波的吸收,且吸声效果将优于目前人造吸声材料。而蛾类鳞片的吸声性能的产生则可能是其主要捕食者——回声定位蝙蝠的选择压力的结果。蛾类鳞片的吸声结构能降低蛾类被蝙蝠探测到的机会。尽管很多蛾类已经进化出能够监听蝙蝠超声的听器和一系列逃避行为,然而这种类似于在蝙蝠超声定位中隐形的方式可能是蛾类早已进化的另一种躲避蝙蝠捕食的方式,就像隐形飞机躲避雷达,潜艇躲避声纳一样。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 蛾类防御蝙蝠的机制
• 1.2.1 超声波听器
• 1.2.2 超声波发音器
• 1.2.3 超声波的吸收
• 1.3 灯蛾与蛾类鳞片的研究进展
• 1.3.1 灯蛾概述
• 1.3.2 美国白蛾概述
• 1.3.3 蛾类鳞片概述
• 1.4 电镜和声学概述
• 1.4.1 电镜简介
• 1.4.2 测试声学概述
• 1.4.3 吸声材料简介
• 2 材料与方法
• 2.1 标本采集与制作
• 2.1.1 标本采集
• 2.1.2 标本制作
• 2.1.3 物种鉴定
• 2.2 鳞片结构的观察与测量
• 2.2.1 样品制备与电镜观察
• 2.2.2 结构测量
• 2.3 声学测试
• 2.3.1 迷你混响室
• 2.3.2 被试样品处理
• 2.3.3 具体实验步骤
• 2.4 统计分析
• 2.4.1 鳞片结构分析
• 2.4.2 吸声系数分析
• 3 结果
• 3.1 灯蛾鳞片的结构
• 3.1.1 鳞片的排列方式与形态
• 3.1.2 鳞片的超微观结构
• 3.1.3 覆鳞与基鳞的形态特征的差异显著性检验
• 3.2 鳞片的吸声
• 4 分析与讨论
• 4.1 吸声测试方法
• 4.2 灯蛾鳞片结构种属间比较
• 4.3 鳞片的吸声性能
• 4.3.1 鳞片的吸声机理
• 4.3.2 蛾类鳞片与人工吸声材料的比较
• 4.4 灯蛾与蝙蝠协同进化关系
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢