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最近看到了一篇很有意思的文章，是关于兰花蜂中雄性和雌性之间性选择的进化研究。

Henske等人揭示了兰花蜂（Euglossini）中气味信号的功能，这是一个神秘的化学通讯系统，雄蜂将环境中的挥发物收集起来，调制出复杂的气味混合物，本研究表明这种气味混合物是引诱雌蜂交配的性信号，并通过雌蜂的选择增加雄蜂的交配成功率。

Highlights

在双向选择交配实验中对雄性兰花蜂的气味量进行了操纵。

补充气味的雄蜂吸引了更多的雌蜂进行交配，并生育了更多的后代。

雄性展示是定型的，其频率不受气味补充的影响。

这种气味是一种性信号，通过雌性的选择而进化。

SUMMARY

雄性兰花蜂的气味产生是一种独特的行为，在新热带地区引起了整个授粉现象。雄性兰花蜂利用从多种环境来源（包括兰花）获得的挥发性物质，在专门的后足口袋里调制并储存特定的气味混合物。尽管以前的观察表明，雄性气味可作为化学信号，但对雌性的吸引力还没有被证明。本文证明拥有气味会增加雄性的交配成功率和亲子关系，Euglossa dilemma是最近在佛罗里达自然化的一种兰花蜂。从野生蜂种收获的气味补充了从诱捕巢中饲养的雄蜂。在双向选择实验中，与未经处理、年龄相同的对照组雄蜂相比，补充了气味的雄蜂与更多的雌蜂交配，并生育了更多的后代。尽管补充气味对雄性求偶的强度影响不大，但它改变了雄性与雌性互动的动态。本研究结果表明，雄性获得的气味是刺激雌性交配的性信号，并表明性选择是塑造兰花蜂气味交流进化的关键。

RESULTS AND DISCUSSION

自从发现这一现象以来，雄性兰花蜂对环境挥发物的收集和积累引起了科学家和博物学家的兴趣，激发了授粉生物学和蜜蜂生态学的大量研究。然而，核心问题仍然没有得到解答：所获得的物质的功能是什么？

有证据表明，雄蜂在森林下层的垂直茎（栖息架）上进行求偶展示时，会主动发出复杂的气味（图2A），这表明它们的作用是将化学信息传递给同种物种。此外，比较研究表明，这种气味已经异常快速地演变为物种特有的化学混合物，可能有利于配偶识别。雄蜂在栖息地的下风侧展示，雌蜂被观察到从下风侧接近雄蜂，并在栖息地或附近降落，在那里进行交配。根据这些观察，气味被假设为物种内性信号，用于介导配偶识别或表明雄蜂的遗传质量。然而，缺乏雌性对气味吸引的实验证据，气味提取物的生物测定只吸引同种雄性。当一只雄蜂展示并保持一个区域时，其他同种雄蜂往往被吸引到该区域，经过短暂的互动之后，只有一个竞争者保留了这个栖息地。这些观察结果表明，气味也可能传递雄蜂竞争能力的性内信息，从而通过占领或保卫求偶领地来解决冲突。在不同的动物中已经演化出相同的信号，据此传递性间和性内的交流。例如，花鸟的 "skraa叫声 "最初是为了在雄性竞争中显示攻击性，后来被用于求偶和雌性选择。同样，兰花蜂的气味可能在性间和性内交流中起作用，调控配偶的选择，并在雄性之间建立优势等级制度。

为了阐明雄性气味在配偶选择和雄性互动行为中的功能，用兰花蜂进行了罩笼实验。使用诱捕巢获得新鲜的蜜蜂，并将单独标记的雄蜂和雌蜂释放到两个大的飞行笼中，笼中配备有雄蜂展示的栖息地，以及飞行资源和筑巢材料。雌性在木箱内建造育雏室，并提供花粉供幼虫食用（图2B和2C）；雄性和雌性以花蜜为食。每个笼子里在任何时候都有两个雄性。在引入笼子之前，给一只雄性（补充型雄性）补充了1毫升从野生同种身上采来的气味，而另一只雄性（对照型雄性）则以同样的方式处理，但没有得到气味补充。在双向选择实验中，测试了气味补充对雄性展示活动的影响，对雄性-雄性互动的开始和结果的影响，以及对雄性交配成功的影响。

为了验证补充气味的效果，收集并分析了刚出笼的雄蜂、前一天补充过气味的雄蜂以及在笼子里呆了10±3.6（平均±SD）天后的实验雄蜂（补充和对照）的后足提取物。刚出笼的蜜蜂的后足袋不含任何挥发性物质（n = 9）。在其余三组中，气味的数量、复杂性（化合物的数量）和化学成分都有显著的变化（图1）。前一天补充了气味的雄性（n = 8）具有最大和最复杂的气味负荷，其次是实验补充的雄性（n = 24）。实验对照组的雄性（n = 20）并不总是完全空的，而是设法在笼子里获得一些挥发性物质，可能是来自食物植物的叶子或来自与活的或腐烂的植物部分相关的微生物。然而，他们的挥发物的数量和复杂性大大低于补充的雄性。因此，笼子里的挥发性化合物似乎没有反映出野生雄性可利用的化合物的多样性，因此，给补充的雄性的气味成分也是如此。分析结果表明，在每次试验的整个过程中，补充气味能有效地提高大多数补充雄性的后足挥发物的数量和复杂性，这与（1）后足袋是有效的挥发物储存容器和（2）实验雄性在展示过程中气味内容的适度损失相一致。

雄性在被释放到笼子里3.1±2.1天后开始表现出展示行为，有些个体在第一天就展示了。实验组之间在展示行为的开始或展示活动（图2E）方面没有差异，这表明展示行为是高度定型的，不需要事先收集或拥有挥发性物质。

拥有气味负载对雄性-雄性互动的启动和结果有很大影响，这种互动在展示中经常发生。在观察者看来，这些互动似乎具有竞争性质，雄蜂在栖息地附近进行仪式化的之字形或持续的盘旋飞行。这些互动很少涉及身体接触，通常以其中一只雄蜂离开现场，另一只在发生相遇的栖息地继续展示而结束。雄蜂在实验笼中展示时经常以这种方式进行互动。互动更经常地发生在被补充的雄性的栖息地（图2F）。然而，拥有气味并没有增加雄性保留其栖息地的可能性。相反，对照组雄性更频繁地在互动栖息地恢复展示（图2G）。这些结果驳斥了气味作为雄性竞争栖息地的竞争能力信号的假设，但表明对照组雄性被补充组雄性释放的气味刺激所吸引。这与现场观察结果一致，即雄性兰花蜂（1）在生物实验中被特异性气味吸引，（2）通常从下风向接近特异性展示地点。观察结果与以下观点一致：雄蜂访问其他雄蜂的展示场所是一种偷袭交配的机会主义策略，这是一种低成本的策略，因为雄蜂还没有获得足够的气味来吸引自己的配偶。观察结果对雄性兰花蜂形成leks的假说是模糊的。Leks是由雄蜂参与联合求偶以引诱雌蜂而形成的非资源性合作群体。在自然界中，兰花蜂的展示地点有时在空间上是成团的，例如，在树木的空地周围或在山丘和山脊的顶部，可能代表一个 "爆炸的" lek。对照的雄蜂更频繁地访问补充的雄蜂，这与Leks的想法基本一致。因此，气味可以作为雄性之间聚集的社会信号，增加个体交配的机会。

雌性兰花蜂一生中只交配一次，形成功能性的一夫一妻制。因此，雄蜂接触雌蜂的机会非常有限，而且交配很难被观察到，甚至在飞行笼中也是如此（但见下文）。为了测试雄性的交配成功率是否取决于气味的拥有量，使用微卫星标记对二倍体雌性后代进行基因分型。每个雌性母本和她相应的幼虫后代都是在雌性完成至少四个育雏室后被采样的。对受精囊的解剖显示51.9%的雌性有精子，表明它们曾在笼中交配。父子关系分析明确地发现这些雌性的单次交配，证实了以前的一项研究，并显示27只受精雌性中的26只是由补充组雄性所生。与对照组雄性相比，更多的补充组雄性实现了交配，个别补充组雄性比对照组雄性授精了更多的雌性（图2H），生育了更多后代。这些结果构成了雄性气味影响雌性兰花蜂的交配偏好的第一个直接证据。事实上，在实验中，只有一只雌蜂与对照雄蜂交配。值得注意的是，这只对照雄蜂很特别，它的气味成分（图S2）和数量都与相应的补充雄蜂相似。众所周知，雄性兰花蜂偶尔会从其他同种雄蜂的后组表面收集气味，无论死活，特别是在圈养条件下。虽然不能排除对照组雄蜂在交配后获得气味的可能性，但很可能是气味的偷窃促进了这次交配事件。除了通过基因分型来推断父子关系外，在实验过程中直接观察了8次交配事件；在所有情况下，雌性都是按照气味的逆向追踪模式，从下风处接近雄性的栖息地。在大多数情况下，雌蜂迅速降落在雄蜂下面的展示架上，并进行交配，只持续了几秒钟（见视频S1A）。在一个案例中，雌性在两个栖息地之间来回穿梭，仔细检查了对照组和补充组的雄性，但最终选择与补充组的雄性交配。这些观察结果进一步证实了气味在交配前行为中传递信息的假说。

Conclusions

在这项研究中，证明雌性兰花蜂根据雄性拥有环境衍生的气味来选择配偶。结果表明，气味通过雌性的选择直接影响雄性的交配成功率，因此支持气味主要是性间信号，即性信息素类似物的假设。此外，结果表明展示的雄性所释放的气味会吸引其他雄性，并有利于确定同种的求爱区域。

性信息素已被证明在各种昆虫品系（包括飞蛾和甲虫）中起到识别物种的作用，而且自然选择被认为已经优化了它们的识别功能。事实上，以前对气味表型多样性的比较研究支持这样的观点，即自然选择塑造了兰花蜂各品系的化学特性和分化。然而，最近的研究显示，信息素特征存在大量的可遗传变异，特别是在雄性-calling系统中，这表明性信息素也可以通过性选择进行进化。由于气味挥发物在自然栖息地是稀缺的和不可预测的，调制气味的过程对雄性兰花蜂来说肯定是昂贵的，这就为气味进化为生存/年龄、觅食成功、认知能力或竞争实力的真实指标提供了机会。在这种情况下，在交配前对气味刺激作出反应的雌蜂，实际上是在选择表达这种能力成分的雄蜂，强调了性选择对塑造气味信号的重要性。究竟什么才是有吸引力的气味，需要在未来的选择实验中加以解决。除了操纵气味的化学成分和复杂性等参数外，也许可以看看某些特定的主要化合物，如2-羟基-6-壬基-1,3-二烯-苯甲醛（HNDB）在E.dilemma的存在，有助于气味的吸引力。嗅觉系统基因的突变已知会影响雄性的HNDB感受，但它们也可能影响雌性的感受，可能导致雄性信号和雌性偏好的协同进化。最后，通过揭示雌性配偶的选择是气味收集的驱动力，本发现已经确定了雄性兰花蜂授粉现象背后的进化力量，该现象已使包括查尔斯-达尔文在内的几代授粉生物学家感到困惑。

下面是同期的一篇评论文章：

Chemical ecology: Male orchid bees attract females with environmental-derived perfumes in courtship display

雄性兰花蜂是昆虫世界的 "化学孔雀"吗？一项关于兰花蜂的新研究表明，雄蜂的气味确实具有与孔雀尾巴相当的功能，可以提高雄蜂的交配成功率和父性。

香水花在许多被子植物家族中都是独立进化的。然而，它们在兰花中特别具有代表性。许多兰花属使用气味作为其对的访客主要引诱，而不提供其他奖励。香水花会产生大量的气味，这些气味既是吸引物，也是对其授粉者--雄性兰花蜂的花香奖励。在新热带地区，兰花蜂是一个重要的授粉者群体，由250个物种组成。它们分布在五个属--Euglossa、Eulaema、Eufriesea、Exaerete和Aglae--在形态和体型上差异很大，可能是为了适应不同的授粉者。Euglossine蜜蜂的雄蜂用它们的足来收集来自香水花和其他自然来源的气味，如真菌、粪便和腐烂的植物。气味是用前足的刷子状结构收集的，并转移到中足的毛耙上。通过不断地腿部运动，雄蜂将油性芳香混合物转移并储存到位于其增大的后足胫节上的专门的足部 "口袋 "里。储存在雄蜂后足上的气味，已知在不同的物种之间有很大的差异，某些化学物质或特定化合物的数量是建立物种特定气味的关键。

雄性兰花蜂收集和积累环境气味的现象早在50多年前就被描述过了。虽然与此同时，在授粉生物学和蜜蜂生态学方面进行了大量的研究，包括香水花和兰花蜂，但获得的物质的主要功能是什么的问题仍然没有得到解答。最初，人们认为雄蜂在求偶过程中释放的花香挥发物具有生殖功能，也许是对雌蜂的短距离或长距离吸引。由于雄性常常被气味所吸引，进一步的假设是，释放气味是为了吸引同种的雄性，以形成leks。Williams和Whitten提出，收集到的兰花气味被封存起来，在雄性下颌腺内进行内部修饰，产生雌性吸引物。甚至有人提出，气味在交配时从雄性传给雌性，随后雌性利用这些气味将寄生虫和捕食者赶出她的巢穴。这些假说都没有得到直接的观察或实验支持。这种信息的缺乏是由于在野外观察兰花蜂的交配行为和在飞行笼中进行实验的困难。Henske等人首次通过实验证明，拥有气味可以提高Euglossa dilemma的雄性交配成功率和父子关系，这是最近在佛罗里达州归化的一种兰花蜂品种。

在以前的一项重要研究中，Eltz等人分析了高速视频记录，并能够证明雄蜂在交配前的求偶展示中，在森林下层的垂直茎（栖息地）暴露出气味混合物（图1）。尽管这些发现加强了挥发性物质在交配行为中作为吸引物的观点，但信号目标是否是同种雄蜂、雌蜂或两者都是的问题仍未解决。

Henske等人进行了一套巧妙的实验，证明雄性获得的气味是刺激雌性交配的性信号。他们为两个大型的飞行笼配备了供雄性展示的栖息地，以及供雌性繁殖的飞行资源和筑巢材料。两种性别的标本都被释放到飞行笼中。然而，每个笼子里同时出现的雄性不超过两个。两只雄蜂中的一只被补充了从同种雄蜂身上采集的气味，而对照组雄蜂则没有得到任何气味补充。在双向选择实验中，补充了气味的雄性比对照组的雄性更经常交配。因此，获得的气味通过雌性的选择影响交配的成功率，并且支持气味是针对雌性的性间信号的假设。在进一步的研究中，Henske等人对雌性后代进行了亲子鉴定，发现27只受精雌性中的26只是由补充雄性所生。因此，补充了气味的雄性比对照组雄性有更高的个体交配成功率。

假设雌性是主要的信号接收者，进一步的问题是挥发性混合物是否是性选择的雄性特征，使雌性在交配前或交配过程中评估雄性的基因型质量。在包括蜜蜂在内的许多昆虫中，已经证明由自然选择形成的雌性性信息素是物种特异性的，并介导物种识别。然而，特别是在雄性calling系统（雄性信息素）中，信息素的特征往往有很大的遗传变异，这表明性信息素也可以通过性选择而进化。性选择能否解释在雄性兰花蜂的气味中发现的变异？雄性兰花蜂可以根据其获得的气味的复杂性来吸引雌性。对于雄性兰花蜜蜂来说，收集和调制气味的成本很高，也很耗时。因此，雄蜂在求爱展示时释放的气味可能是诚实的信号，是雄蜂的能力特征的指标，如雄蜂的觅食成功率、认知能力和竞争实力。这种 "good genes"的择偶模式，或其他形式的雌性选择和雄性间的竞争，将强烈地有利于雄性收集气味。雄性兰花蜂似乎是昆虫世界中的 "化学孔雀"，其气味混合物中的成分丰富多样--这与雄性孔雀所表现出的张扬尾巴相类似，雄性孔雀处于激烈的性间选择之下。

Henske及其合作者的研究结果支持lek假说，该假说指出，气味的释放是为了吸引同种雄性，以吸引雌性？在一项针对兰花蜜蜂的实地研究中，结果表明，同种雄蜂会被雄蜂求偶时释放的气味所吸引。在Henske等人的实验中，被补充的雄蜂的气味量也影响了雄蜂之间的互动，并吸引了对照的雄蜂。这些发现与雄性兰花蜂会形成对所有参与者都有好处的lek的假说一致。气味可以作为雄蜂之间聚集的社会信号，增加个体交配的机会。Henske等人发现，对照组雄蜂被补充组雄蜂的气味所吸引，这支持了这一假设，即对于尚未获得足够气味的雄蜂来说，这可能是一种低成本的策略，以吸引自己的配偶。

Henske等人的研究表明，雌性配偶的选择是气味收集的驱动力，这证明了雄性兰花蜂授粉背后的进化力量，促进了几代授粉生物学家的研究。然而，仍然缺乏的是，雄性获得的气味是否代表诚实的信号，是否是雄性性征的指标。在未来的研究中，Henske等人开发的优秀生物测定法可用于测试雌性是否能区分具有不同气味的雄性，以及它们是否喜欢更复杂的气味。此外，关键化合物的存在和气味的复杂性如何有助于雄性对雌性的吸引力，以及什么是有吸引力的气味，目前还没有解决。

Henske等人的研究填补了对雄性兰花蜂气味的功能和进化的一个重要空白。然而，为了更全面地了解这些气味在兰花蜜蜂交配生物学中的作用，还需要更多的研究。

Reference

Henske et al., 2023, Current Biology 33, 2075–2080 May 22, 2023 ª 2023 Elsevier Inc. /10.1016/j.cub.2023.03.060

Chemical ecology: Male orchid bees attract females with environmental-derived perfumes in courtship display. /10.1016/j.cub.2023.04.016

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