华盛顿大学和石溪大学的研究人员于8 月 11 日在皇家学会会刊 B 上发表的一项研究报告了中美洲蝙蝠和胡椒植物如何共同进化以帮助彼此生存。
该团队由华盛顿大学生物学教授兼伯克自然历史和文化博物馆哺乳动物馆馆长沙琳·桑塔纳 (Sharlene Santana) 领导，重点研究了美国胡椒植物果实产生的挥发性有机化合物 (VOC) 的复杂混合物。处于最佳成熟状态的胡椒属。该研究表明，这些 VOC 可能如何进化以吸引来自卡罗利亚属的气味导向的短尾果蝠，然后它们吃掉果实并将种子排泄到景观中。
几个世纪以来，植物与动物的相互作用引起了生物学家的关注，并且是维持热带生态系统生物多样性的关键。传播综合症假说——解释了植物和食果动物之间的互利关系如何导致共同进化——提出，当动物是有效的种子传播者时，它们可能会选择果实的特征，包括大小、颜色和气味，与他们的感官能力相匹配，例如视觉和嗅觉。但是很少有研究针对水果气味等复杂特征测试了这一假设。这项研究提供了蝙蝠驱动的水果气味进化的首批测试之一。
该研究基于在哥斯达黎加 La Selva 生物站实地考察期间收集的数据。在那里，派珀高度多样化，有 50 多种公认的物种。它也是三种Carollia物种 -C. castanea、C. sowellii和C. perspicillata- 是全年数量最丰富的蝙蝠之一，并与大约 62 种其他蝙蝠物种共存。
该团队花了数百小时从Piper 中搜索和收集成熟的水果，以提取和量化构成其芳香气味的 VOC。他们还收集了活蝙蝠的粪便样本，然后将它们放回野外，以确定蝙蝠吃的是哪种派珀物种以及吃了多少。此外，研究人员对野生蝙蝠进行了行为实验，他们提供了未成熟水果的选择，这些水果在当地胡椒植物中发现的最常见的 VOC 增强了。摄像机和麦克风记录了蝙蝠的进食行为和回声定位呼叫。
该团队发现Piper水果香味花束复杂多样。作者在 22种派珀物种的成熟水果气味中识别并量化了 249 种 VOC。在大多数物种的水果香味中发现了一些化合物——比如α-石竹烯，它具有像肉桂或丁香一样的辛辣气味。其他的，如 2-庚醇，只在少数派珀物种中发现。饮食实验表明，虽然三种Carollia果实蝙蝠物种对Piper作为食物来源的依赖程度各不相同，但都消耗了大量的少数Piper物种，以及少量的许多其他物种。令人惊讶的是，这与吹笛者的数量无关物种在 La Selva，因此蝙蝠必须根据其他特征来选择Piper果实，而不仅仅是它们在整个景观中的代表性。该团队的行为实验为可能发生的事情提供了一些线索：蝙蝠更喜欢掺有 2-庚醇的样品，这是一种在它们吃得最多的派珀物种的水果气味中发现的 VOC。
“这些发现表明，蝙蝠使用水果香味中的特定化学物质不仅是为了选择成熟的水果，而且是为了寻找构成其大部分饮食的特定派珀物种，”该研究的共同主要作者桑塔纳说。“通过帮助它们与蝙蝠交流，这些化学信号很可能是这些植物中扩散综合征的一个组成部分。”
通过对水果气味化学和蝙蝠饮食数据的统计和进化分析，该团队进一步证明，化学多样性的进化模式和派珀水果气味中特定化合物的存在与蝙蝠消费和气味偏好的增加有关。这凸显了蝙蝠果实消费对水果化学进化的潜在影响，这种关系有助于全球热带果树的极端多样性。
“在黑暗中飞行意味着蝙蝠无法通过视觉找到成熟的水果，而是依靠嗅觉，”共同作者、石溪大学教授 Liliana Dávalos 说。“嗅觉是植物信号和蝙蝠果实消费之间的桥梁，找到蝙蝠响应的特定 VOC 为将嗅觉受体基因与重要的 VOC 匹配打开了大门，这在以前是不可能的。”
了解蝙蝠和辣椒植物之间的关系不仅有助于了解这些物种的共同进化，而且对雨林栖息地保护也有好处。Piper是最早生长在森林缝隙和边缘的植物，而Carollia?作为胡椒种子的主要传播者?可以帮助恢复伐木地区的植物生命。
“我们当前和未来的工作是确定使蝙蝠能够检测水果气味的气味受体。这将使我们能够将这些关系的生态和进化与生理机制联系起来，”共同作者、华盛顿大学教授杰弗里·里菲尔说生物学的。
该论文的共同主要作者是前华盛顿大学博士后研究员 Zofia Kaliszewska。其他合著者是华盛顿大学博士校友 Leith Leiser-Miller、亚利桑那大学的 M. Elise Lauterbur 和中田纳西州立大学的 Jessica Arbor。该研究由美国国家科学基金会资助。
