文摘

公众长期以来有一个迷恋黑脉金斑蝶,达那俄斯plexippus,因为它的神奇的长途迁移到墨西哥中部的过冬地点,和许多参与在线公民科学计划,他们报告的观察在北美生活的历史。君主在这里,我们研究一个很少被研究的生物学的程度在美国南部过冬。我们编译9年的目击美国南部过冬的统治者,据报道一路向北,一个基于web的公民科学计划,地图的分布地区君主能在冬天存活(即。在1月和2月),区分成年目击和繁殖活动的目击报告。我们也统计成人和育种目击的纬度相比,检查跨年目击纬度差异,量化君主与每个目击报告的数量。所有254名目击,80%来自佛罗里达和德克萨斯,其余来自南卡罗莱纳,路易斯安那州,乔治亚州,阿拉巴马州,密西西比州,北卡罗莱纳,甚至在维吉尼亚州。这个分布总体上是符合冬季范围之前预测的调查人员根据本地区的气候条件。目击的成年人比报告平均从高纬度地区繁殖活动有显著的变化在年平均纬度的目击报告。大多数目击(94.2%)少于10成人君主/位置,和没有报告的集群行为是典型的君主过冬在加州和墨西哥。这项调查的结果扩大我们的集体理解君主生命周期的这个阶段,更普遍的是,强调公民科学项目在推进科学的价值。

1。介绍

黑脉金斑蝶的生命周期,达那俄斯plexippus,在北美东部是独一无二的昆虫,如每年秋天在晚人口经历了一个著名的3000公里⁺在墨西哥中部向南迁移到过冬网站(1]。在那里,他们度过冬天聚集在高空冷杉森林之前飞回北方来开拓殖民地育种范围(3月2]。这个迷人的生命周期不仅获得科学关注的君主高度(3,4],但是它使得许多“公民科学”的重点项目,学校的孩子们,公共市民和博物学家文档和收集观测数据在其生物学的各个方面。这些项目之一是旅程,非营利组织更多的网站,允许用户输入各种monarch-related观察的记录。这些旅行的几个北数据集已经导致了集体这昆虫的生物学的科学知识;目击northward-migrating君主是以前地图向北发展(2)和估计的速度向北旅行(5]。最近,看到落窝被映射到阐明向南迁移面貌(6]。在这里,我们使用其他数据从这个程序来检查一个很少被研究的君主生物学的程度在美国南部过冬。

多年以来,科学家就已经知道并不是所有的君主在墨西哥中部落基山脉东部的人口达到每一个冬天。一些提供了证据表明,少量结束在古巴(7]。Hilburn [8]在秋季报告君主偶尔到达百慕大。在美国,有一个著名的常住人口在佛罗里达南部[9,10)每年接收大量的移民从东部更大的人口11]。布劳尔(1)编译许多早期的报道君主越冬在佛罗里达半岛和其他海湾海岸的地方。最后,基于区域气候数据和知识的成人生存阈值,Zalucki和罗彻斯特12)建模预测冬天的君主在美国,指向多个潜在的越冬地区墨西哥湾沿岸和佛罗里达(图1)。这些地区的君主将理论上能够幸存,鉴于该地区的典型的温度和湿度在冬天。因此,集体的证据表明,有多个美国南部地区冬季君主能够生存的地方。

自2002年以来,北部旅行计划编制冬季观测君主由公民在美国南部和感兴趣的人。在大多数情况下,这些目击事件是由人惊奇地发现一个君主的冬季时,考虑到著名的墨西哥越冬殖民地。每年冬天的目击报告,(由北员工旅行和验证),它显示在一个在线地图(http://www.learner.org/jnorth/)。虽然这些目击事件,这是由房主,业余博物学家,和感兴趣的公民,都不一定得到科学严谨,在过去的9年里,这些目击事件不过集体代表一个重要的信息来源这一现象,否则几乎不可能学习科学,因为涉及的空间范围。

在目前的研究中,我们编译和检查9年的君主在美国南部过冬的报道来自北方的旅程计划,以进一步科学理解这一现象。我们的目标是(1)地图的分布过冬君主使用所有可用的记录(使用目击事件从2002年到2010年),区分目击的成年人或冬季繁殖活动,(2)比较两个类别的目击的纬度和跨年,(3)估计君主观察每个过冬目击事件的数量,和(4)报告其他观测生物重要的由某些旅程北参与者位于关键点在越冬场所的分布。这项调查的结果将有助于填补一个大缺口的集体知识这方面的黑脉金斑蝶在北美生命周期。

2。方法

2.1。一路向北目击

我们编译目击的君主“君主过冬”目击数据库可以在旅程的存档目击部分朝鲜的网站(http://www.learner.org/jnorth/maps/archives.html)。这些目击事件代表观测的成年人、鸡蛋和幼虫的君主和网上提交由北参与者在越冬季节旅程。没有特定的格式或要求目击,只有他们,最好的观察者的知识,野生黑脉金斑蝶(即。,而不是饲养)。每个报告都包含一个日期、地点(即。,town, state, and latitude and longitude), and a summary of the observation, which is usually a statement such as “We saw three adult monarchs flying around our garden today”, or “We were surprised to find third-instar caterpillars on our milkweed plants in January”. Some participants also include photographs of the sighting. While people are free to enter overwintering sightings from January through March of each year, for the current study we selected only those sightings from January and February. This was to eliminate the possibility that the monarchs sighted were individuals returning from Mexico, which occurs in March in the southern United States [2,5]。我们分类每个照准分成两组:目击的成年人,或者目击繁殖活动,我们认为是君主的任何观察鸡蛋,幼虫、蛹或雌性排卵。如果我们不能辨别,类别瞄准适合基于给定的信息,我们不包括记录。看到被绘制到美国南部的地图使用ArcView GIS软件,基于每个记录的纬度和经度坐标。最后,我们进一步分类目击分成了三个组根据有多少(成人)君主,基于提供的笔记观察员:一个成年人;少量的成年人(2 - 9个人);或10或更多的成年人。在某些情况下,观察者报告说看到“很多幼虫”或“乳草覆盖着幼虫”,在这些情况下,我们认为有不到10成人君主存在(因为一个女性可以产生许多幼虫)。

2.2。数据分析

我们主要是感兴趣如果瞄准的纬度(响应变量)育种和成人之间的不同类别,这需要使用圆形统计(13]。因此,使用数据从所有目击,我们使用一个Watson-Williams测试比较纬度之间的类别。我们使用一个类似的测试,比较不同年份的纬度。使用MATLAB软件进行了分析与CircStat工具箱安装(14]。

3所示。结果

3.1。一般

共有242名目击过冬的君主,在九年制本研究的时间框架(表1)。其中,193名(80%)在德克萨斯州和佛罗里达州的目击。其他目击来自南卡罗来纳,路易斯安那州,乔治亚州,阿拉巴马州,密西西比州,北卡罗莱纳,甚至在维吉尼亚州在2006年的冬天(见下面的验证的目击事件)。我们注意到,所有这些都是沿海国家,事实上大多数目击事件发生在这些州的海岸线(下图)。

3.2。空间分布的目击

看到差别明显的分布两类。目击的成人君主年图映射2(一个),这表明,看到发生在每个上面列出的9个州,与位置出现普遍下降接近海岸线。然而,目击育种的君主,这似乎也沿着海岸线,只有在位置低于31°N纬度(图2 (b))。成人君主目击在维吉尼亚州在2006年2月非常不同寻常,因为纬度高,然而,观察者做出这份报告(大卫·威廉姆斯和乔伊斯)提供详细的证据来支持观察。在秋天(2005年)之前,这些参与者被捕获和标签成人君主MonarchWatch编号贴纸(15,2006年2月他们在院子里看到一个标记的君主在弗吉尼亚海滩。他们随后捕获两个君主两周后,发现都被标记在落在连续两天(9月25日和26日)。因此,他们相信这些君主住在附近的弗吉尼亚州的院子里从9月05到06年3月。

3.3。统计分析的纬度

符合图中所示的空间格局2,最初Watson-Williams测试表明,成人的平均纬度目击(平均= 29.8°0.4)显著不同的育种目击(平均= 29.0°0.2;= 10.11,;表2,图3)。鉴于1°纬度相当于111公里,这相当于平均不同类别之间的89公里。这种差异也明显当查看年度平均值表26的9年,成人的平均纬度目击大于育种的目击报告。第二个Watson-Williams测试揭示了重要的跨年目击的平均纬度变化(= 3.32,)。这种变化也可以看到表2纬度,一个明显的下降发生在去年的记录(2010);在今年,所有目击的平均纬度大约是1°或低于大多数之前年111公里。

纬度的下降在2010年可以归因于异常寒冷的冬天,在美国南部,当许多观察家报道1月低于冰点温度的地区,它通常不会冻结。在港口Lavaca TX(沿湾各州镇在德克萨斯州南部),我们中的一个(h . Aschen)观察3 - 4君主每天在12月和1月,直到1月的第一个星期在德州最难的冻结在几乎二十年,24 (°F)。之后,h . Aschen没有看到蝴蝶。此外,冻结后,h . Aschen联系了其他一些常规君主观察员在德克萨斯州南部和问他们是否看到过君主,和所有报告没有。之后,另一个观察者从城市联盟,对旅程北德州报道:“我发现只有一个君主由于我们大冻结,我大部分的马利筋了。“也有明显不同的位置看到在这个赛季,这是明显的表1。在大多数年份,目击的比例来自佛罗里达州总数的23%和53%之间不等。2010过冬的季节,然而,72%的目击来自佛罗里达,这些,都是25度到北纬28°之间。

3.4。数字的君主

所有242目击,89(36.8%)的单身成年君主,139(57.4%)的少量的成年人(即。,不到10),14个目击10个或更多的成年人(5.8%)。集体,目击的94.2%不到10君主/位置。报道的10个或更多的成年人,都是君主的飞行或在花园和流动的地区植物花蜜。没有一个报告(在任何范畴)提到集群或栖息行为典型的君主在墨西哥过冬或加州(例如,16,17])。

4所示。讨论

这项研究增加了集体的帝王蝶生物学知识在很多方面。首先,所有成年君主目击的地图(图9期间考虑进去2(一个))有效地阐明了当前范围在美国南部君主能够幸存的冬天,这是没有什么不同的预测范围根据气候条件适合成人的生存(图1,(12])。同样,地图绘制的目击繁殖君主(图2 (b))显示,君主能够形成continuously-breeding人群。这些地图,加上纬度与目击事件相关的统计分析,表明繁殖地点处于低纬度地区一般比成人的目击报告。事实上,下面的繁殖地点似乎局限于地区31°N平行。但应该指出,幼虫形态可能是现在(但未见)的网站只有成年人被观察到,所以这个纬度的阈值可能不是绝对的。

越冬网站的适用性在美国南部过冬生存,尤其是在最北的位置,似乎在不同年。这一点明确特别2010报告越冬的季节,这表明君主越冬在佛罗里达南部大部分地区除了要么是被冻结的温度,或者他们遭受高死亡率由于减少花蜜或寄主植物的可用性。这个结论是通过浏览器(1],他回顾了早期的文学和轶事报道在美国南部和君主越冬还确定致命的冬季气温的频率(成人君主)在这个地区。因此,布劳尔认为“大约每10年一次在佛罗里达北部天气条件会导致50%的死亡率如果蝴蝶保持干燥,或100%的死亡率,如果他们以前被雨浸湿。“鉴于9年的检查在这里似乎满足这种情况下,浏览器的结论似乎是由这些数据支持。

而记录越冬地点在图2似乎很大,重要的是要考虑到君主报道的数量对于大多数位置往往是少于10个成年人。因此,成千上万的成年人相比,在墨西哥殖民地过冬,每年在美国南部的君主越冬数量可能只有一小部分东部人口。此外,这些君主在冬季在墨西哥湾出现不显示典型的过冬行为出现在墨西哥和加利福尼亚(例如,16,17),因为没有集群行为的报道甚至聚合植被。因此,而不是把这些“过冬网站”,提出了大规模集群君主挂在树上,他们可能更适当地称为“君主的冬季目击事件”。公平地说,我们必须指出,大多数的目击事件在我们的数据集来自业主查看君主在他们的后院(通常在城市地区),而不是君主可能的确冬季集群形式,如在佛罗里达堰洲岛。另外,目击事件的性质(由业余爱好者和公共公民)也可能占以来缺乏集群报告集群固定君主很难观察。因此,它可能是集群君主确实是存在于墨西哥湾沿岸部分地区,和这种公民科学方法无法检测到它们。

集群行为的明显缺乏观察到这里也可能有助于解释为什么这项研究的数据似乎矛盾的结论Batalden et al。18),表明需要不同的生态位帝王蝶比繁殖君主。在这研究中,所需要的环境条件过冬君主殖民地在墨西哥中部(从19)比较的育种君主在美国。这里介绍的越冬地点(图2)出现不符合这一结论直到有一认为“过冬”条件检查Oberhauser和彼得森19反映整个君主所需的条件殖民地,这可能是不同于冬季条件下所需的小群(nonclustering)成人的君主,这是大多数北方的旅程需要报告。

自从过冬目击程序在北方的旅程才操作自2002年以来,我们没有办法知道如果这里在9年的模式是一种新的发展君主落基山脉以东的生物学或如果这些位置(即。,数据2(一个)和2 (b))一直托管帝王蝶。虽然位置在佛罗里达南部可能已经存在一段时间(1],我们怀疑大部分地区北部海湾海岸更近,基于证据表明,我们有一个海湾沿岸位置记录冬季繁殖活动(路易斯安那州巴吞鲁日)。调查的成人君主在1980年代中期(20.]显示最早春天目击的成年人总是在3月中下旬,这是符合的时间返回墨西哥队列的状态(2),并没有提到的成人比这早的存在。此外,莱利试图记录所有乳草属植物物种出现在他的路线和调查发现6种:答:叶,答:amplexicaulis,答:obovata,答:tuberosa,答:冬青,答:verticillata。此外,他说,没有紧急乳草茎在2月底。相比这是最近看到来自北方的旅程数据库位置,观察者报告说,1月8日,2009年,国王发现毛毛虫答:curassavica在院子里,没有其他的乳草属植物物种。至少在这个位置之后,似乎是有季节性的变化发生的君主在过去的30年中,整个冬天和寄主植物的变化可用性。

除了在越冬场所不断变化的环境,整个越冬的君主在美国预计向北扩张,如果全球气温上升仅为0.1°C /纬度(12]。事实上,增加全球温度已经将转变春季和夏季繁殖分布向北在未来50年(18),因此它也适用,过冬网站也将向北发展。如果是这样的话,那么它将是重要的继续监控这个地区的越冬地区分布和观看这些预测未来几年的变化。的帮助和奉献许多公民科学家们遵循这种迷人的昆虫的生活,这个目标应该是可以达到的。

确认

本文是基于报告由公民科学家参与北部旅行计划,和盖世感谢他们的奉献精神和敏锐的观察。林肯布劳尔在无数场合提供专业协助一路向北。得益于与索尼娅Altizer有益的讨论,从由两个匿名评论者的评论。