文摘
荧光在家庭萤科一直在零星记录但不全面正式的研究。萤火虫(鞘翅目:萤科),最出名的生物荧光,荧光。这种荧光已经记录在几个属进化枝,但仍然是一个经常被忽视的萤火虫生理学方面的共同理解的物种。为此,本研究的目的是记录和描述北美萤火虫的荧光在9个物种,在三个属。每个物种被拍到和荧光模式提供的描述,以及测量的特定荧光激发和发射波长的光谱灵敏度。这些数据的目的是提供一个识别引导各种不同的萤火虫荧光,以及记录在几个萤火虫属明确它的存在。
1。介绍
萤火虫(鞘翅目:萤科)是有魅力的昆虫大多数已知的生物发光,由成年人求爱信号用于生产许多物种的1,2]。相信这个特质源自过去在幼虫阶段(3,4]。在这里,这被认为是开发成一种警戒色的信号(5,6被收购之前,作为成年人的特质。研究表明,除了求爱,萤火虫的发光是被蝙蝠,从而阻止掠夺萤火虫[是谁7]。许多萤火虫类群与化学物质称为lucibufagins[辩护8- - - - - -11),和他们的生物发光,连同其他视觉和听觉线索,作为警戒色的信号结合促进它们的化学防御捕食者学习和阻止攻击。
一些萤火虫也显示明亮的荧光12- - - - - -17]。麦特卡尔夫在1943年首次报道了一个红色的紫外荧光颜料lampyrine萤火虫Photinus marginellus惊艳。Lampyrine还指出在43个不同lampyrid类群,虽然没有在演化支花萤科,花萤科,Lycidae。荧光被描述在其它种类的萤火虫一样(12,13,16,17),包括Photinus,只和新描述Oculogryphus chenghoiyanae(17]。
荧光被发现在许多生物系统是否为其他生物过程的副产品或视觉生态功能的一部分。荧光在许多物种,从人类(牙齿)存在投手植物(18]。在萤火虫,而记录,仍需要进一步的研究和精确的测量。九个新北区的萤火虫标本收集网站在新英格兰和蓝色灯光下拍摄强调他们的荧光模式。荧光被发现在所有物种,物种的模式不同。在这里,拍摄标本,描述的荧光模式。每个物种的荧光激发和发射光谱也被测量并给出。对于许多物种所示,这是荧光的第一个实例文档和描述。
2。材料和方法
萤火虫从各种网站收集在大波士顿地区。从岩石标本收集草甸贝尔(42.401−71.197),召集在林肯(42.422−71.306),史密斯安多弗在林肯(42.436−71.381),在阿灵顿和Menotomy岩石公园(42.410−71.169)。只有男性萤火虫收集。每个标本freeze-killed−20°C 30分钟,然后存储在一个黑暗,直到准备检查干燥环境。这样做是为了防止光或湿度降低荧光颜料。
标本被拍到与佳能Rebel T2相机(佳能、麦尔维尔、纽约)。标本拍摄下白光,蓝光下使用黄色过滤器。蓝光是由国家林业局NIGHTSEA模型皇家蓝色发光在440 - 460海里,使用NIGHTSEA黄色吸收滤光片(NIGHTSEA,列克星敦MA)屏幕反射光和突出荧光波长。
FluoroMax-2荧光谱仪(FluoroMax,爱迪生,NJ)被用来分析荧光激发和发射光谱。标本被放置在一个黑暗的箱子没有与前背板上的荧光探针的光,尽可能的标本。荧光谱仪是用来测量样本的最优发射光谱,这被用来确定特定的激发波长波长使用相同的机器。这是然后用灯笼重复。这是不可能的解剖个人组织或荧光团。标本分离出男性生殖器解剖和确认属和物种的身份。
3所示。结果
3.1。荧光的描述
(一)
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(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
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(g)
(h)
3.1.1。Pyractomena linearis惊艳(图1(一)和1(b))
弱荧光观察背一边,纹利润率,以及前背板。纹边缘显示绿色荧光薄,厚在外缘,而不是实现前背板边缘。前背板本身有两个弱荧光条纹两侧的深色楔形区域,没有达到边缘或前背板的顶点。罕见,它显示更强的绿色荧光在腹侧纹利润率和灯笼。这是荧光沿着边缘的第五和第六腹段。腹侧前背板的荧光达到顶点,和眼睛显示绿色荧光。一些弱荧光出现在腿。
3.1.2。Pyractomena dispersa绿色(数据1(c)和1(d))
明亮的荧光出现在所有前背板,silhouetting一块黑箭头形状的中心。绿色荧光也观察到纹边缘,被更广泛的远侧地前背板和扩展。中胸也强烈荧光。出现在一些荧光翅鞘,强到顶点。背,灯笼是强荧光。可以看到荧光扩散通过背腹部,主要在胸段的利润。翅鞘出现强烈荧光的利润率,广泛向近端向顶端。腹侧前背板是亮绿色荧光。头亮绿色荧光,主要是眼睛和嘴周围的背。
3.1.3。Pyractomena angulata(说)(数据1(e)和1(f))
绿色荧光出现在前背板,除了黑补丁在利润和暗条纹中心从基地和顶点逐渐减少。纹边缘显示光荧光更广泛的远侧地、不同宽度在外部边缘。纹荧光达到mesonotum部分前背板边界和轮廓。罕见,纹荧光是更广泛的在前面,沿着前利润率,之前对后利润逐渐减少。灯是明亮的荧光。阳茎是绿色荧光中概述。罕见,前背板弱荧光在先端。一些荧光也观察到眼睛和头部,和一些弱荧光出现在腿。
3.1.4。Photuris属多色的工厂。(数据1(g)和1(h))
背侧,前背板有两个新月形状的荧光条纹,silhouetting指出黑暗区域更广泛的基础,逐渐减少而不是达到顶点。分散在整个翅基荧光,集中在利润,但不会大幅定义。罕见,灯显示显著的荧光,容易最亮的区域。生殖器和第八腹段也是荧光绿。底部前背板的荧光,以及锚纹利润率。腿弱荧光,特别是关节。
3.1.5。Photinus obscurellus惊艳(图2(一)和2(b))
分散荧光观察到整个前背板,除了黑暗沙漏形状的中心。荧光主要集中在pronotal利润率。明亮的荧光出现纹利润没有达到pronotal边境。内锚纹利润率,荧光延伸到顶点,但逐渐减少的前部。罕见,灯笼和阳茎是明亮的荧光。荧光延伸完全锚纹利润率和分散在整个前背板和前胸。头和眼睛显示弱的荧光。注意,标本是点缀着明亮的荧光点,主要是背侧。这可能是一个副作用的荧光粒子如花粉困在外骨骼。
3.1.6。Photinus greeni劳埃德(图2(b)和2(c))
绿色荧光可以看到整个前背板除了一个黑暗色素条纹运行集中开始在基底结束和接近但没有达到顶点。发出荧光出现沿纹利润率,厚在远端边缘转向前结束和薄内利润率。翅鞘的底部,他们加入了胸腔完全黑暗。罕见,最显著的荧光在灯笼的器官,是明亮的绿色。生殖器是不可见的或显著的荧光。前背板是弱绿色荧光,背面是外纹利润率。一个微弱的荧光被地产在腿,尤其是第三条后腿。
3.1.7。Photinus ignitus下降(数据2(e)和2(f))
明亮的荧光观察前背板,silhouetting黑补丁之前勉强开始扩大推向顶点。对顶点锚纹利润荧光,扩大。内部边缘扩展对mesonotum狭隘。灯笼和阳茎段是明亮的荧光,以及前背板。荧光出现纹利润率的程度,是向内部扩散。腹侧前背板和眼睛是荧光的,腿关节周围分散荧光。
3.1.8中。Photinus aquilonius劳埃德(图2(g)和2(h))
荧光可以看到在前背板达到顶点,在中心暗点,是更广泛的但不是达到顶点。纹荧光主要集中在边缘,广泛地很短的距离延伸到内部的翅鞘。荧光沿着翅鞘完全延伸到前背板但不是在附加的翅鞘边缘。罕见,腹部段从灯笼后方荧光,灯笼本身显示明亮的荧光。较弱的荧光也观察到沿纹利润率和前背板利润率,和弱荧光出现在腿。
3.1.9。只发我。(无照片)
e .发成人显示荧光背前背板,仅限于nonmelanized甲壳素托架弯曲地区中央暗点。下面的区域,只是后的胚盘也会红。没有明显的荧光翅鞘。罕见,前背板和眼睛显示绿色荧光,而头部和胸腔的软组织显示红色荧光可见通过透明的皮肤。补丁的红色荧光也包围了腿的底部。荧光的进一步描述只,请参阅威尔科克斯和刘易斯(19]。
3.2。波长分析
大多数的萤火虫荧光显示很兴奋在350 - 450纳米的范围内。Photinus greeni和只发激发超出这个范围值,峰值在大约530海里。有广泛的变异前背板上的发射波长的荧光检测,从400纳米Photinus aquilonius在600纳米Photinus greeni。
荧光除了两个物种(e .发和p . greeni蓝色波长的紫外线)达到顶峰,约350 - 450海里。其余的物种测试会在黄/绿约530纳米的光。之间没有明显的模式属。
灯笼荧光也不同。发现不同的物种会在一系列400 - 600 nm。没有明显的模式属,虽然一般Photinus物种会在更短的波长。萤火虫灯笼的激发峰是相当一致的,主要在350和450海里,一些异常值。在一些物种中(p . linearis,p . angulata在同一发射波长)多个不同的激发峰被指出。参考表1全部细节。
两个标本收集之间有显著的变化,最初确定的Pyractomena linearis物种复杂。这两个标本显示显著不同的光谱模式发射和激发光谱。
4所示。讨论和结论
没有荧光的贡献数据总视觉信号在真实世界的情况下,我不能做出明确的目的或使用荧光在萤火虫感官生态20.]。然而,这里的收集的数据可以帮助识别和分类未来的萤火虫。先前的研究,这里所描述的结果,包括光谱敏感性,表明荧光特征是常见的家庭萤科。
荧光波长前背板之间的差异和同一物种的灯笼将表明,荧光是由多种化学物质造成的萤火虫,或者光吸收和传输在不同器官的影响。在一些物种中,存在多个激发峰建议灯笼涉及多个荧光化学物质的化学成分,可能由于所包含的化学发光器官,可能不同于前背板,荧光的出现在软组织的差距不透明的甲壳素。另一种解释可能是频率调制的光透过半透明的骨骼外组织。荧光似乎普遍在萤火虫的软组织。威尔克森和劳埃德(21]报道在地面匀浆的萤火虫荧光物种,在软组织暗示它可能是普遍的。荧光也被报道在血淋巴的萤火虫reflex-bleed [14),尽管没有光谱数据是可用的。
前面在萤火虫荧光记录为“红色”或“绿色”15,17]。视觉,萤火虫会呈现一个模式结合的绿色和红色。这些数据似乎表明,萤火虫的绿色荧光比红色的更普遍。不幸的是,设备不允许足够的分辨率来区分不同部分的荧光模式,所以它是不可能区分这些波长。出于这个原因,它也不可能检查锚纹利润率的标本,因为他们提出了一个很小的目标。在任何情况下,绿色荧光似乎主宰了红色的。
变化中发现两个p . linearis标本是著名的个人表面上属于同一个物种。这可能是不同物种或亚种内的一个例子linearis种类复杂,包含了数种或亚种Pyractomena由生理或行为的分化是非常困难的22]。被发现在相同Photinus aquilonius。然而,随着DNA测试是不可能的,这不是可行的明确解释这种变化。这些数据可能指向一种方法来区分Pyractomena(和Photinus),而不需要完整的解剖。
尽管这项研究成功地记录了九种萤火虫荧光,它没有表明荧光代表一个重大贡献的整体视觉信号。这是关键,随着行为观察,在决定是否选择特征荧光或仅仅是偶然的生物体的化学过程(18,20.]。这样的努力已经超出了本研究的范围,但未来这是萤火虫生态研究的一个重要途径。荧光发现这里肯定是发现在视觉上引人注目的领域,由波长的萤火虫接触,支持其作为视觉信号(18]。这进化的单独但是没有提供充分的证据基础。测试这两个标准将是重要的在确定荧光萤火虫行为的相关性,并在这一领域进一步的研究建议。荧光是一种潜在萤火虫生理学的重要方面,它是我的希望,进一步的研究将揭示它(可以说)作为未来研究的大道。
数据可用性
底层数据都可以发现结果的手稿。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢塔夫茨大学的萨拉·刘易斯博士对她的建议和支持在这个项目中,查尔斯•摄影好运气和技术援助博士和亚历克斯女士Muccio协助复制编辑这个手稿。