漏斗蛛性晕厥行为的化学调控及其神经机理

Female sexual catalepsy, which is opposite to sexual cannibanism, is one of the extreme cases of sexual behaviour reported in some funnel-web spiders. Males manipulate the whole copulation while females fall into catalepsy during copulation in these species. It has been proved by behavioural studies that male-released sex pheromones trigger the female catalepsy. However, chemical structure and behavioural function of the sex pheromones and the neurophysiological mechanism of the pheromone mediating female sexual catalepsy in the funnel-web spiders are still kept unknown up to date. In this program, we’ll explore further on sexual catalepsy in the funnel-web spiders by applying techniques and methods in studying animal behaviour, chemical ecology and neurophysiology. The principal contents of this program are as follows: 1) Identification of chemical structures of the male and female-released pheromones in the funnel-web spider so as to explore their biochemical characteristics; 2) Analysis of information transmission by the male and female pheromones to determine the behavioural regulation of the pheromones on sexual catalepsy; 3) Measurement of electrophysiological responses of the chemical sensillae to the sex pheromones to confirm pheromonal perception of the spider; 4) Measurement of the ionic activities in the voltage-gated ion channels of the neurons exposed to the pheromones so as to reveal neurophysiological mechanism of pheromone mediating sexual catalepsy. Our results will provide a supplemental extra case to sexual conflict and benefit those related theories such as sexual conflict and coevolution, sexual selection and natural selection.

漏斗蛛类群中存在一种与性捕食相对立的极端性行为方式即性晕厥，表现为雌蛛在交配时陷入晕厥状态，整个交配过程由雄蛛支配和控制雌蛛完成授精。已有研究证实雄蛛能够释放信息化学物质诱导雌蛛晕厥，但相关信息素的化学结构、晕厥调控功能及其神经机理未见深入报道。本项目拟以漏斗蛛Pireneitega retorta sp. nov. 为研究材料，结合使用动物行为学、化学生态学和神经生理学的相关研究方法，通过鉴定漏斗蛛雌、雄蛛性信息素的化学结构并分析其性行为调节功能，阐明信息化学物质对性晕厥行为的调控作用；进一步通过测定化学感受器对性信息素的电位反应以及神经细胞离子通道在性信息素作用下的电流变化，阐释性信息素调控性晕厥行为的神经机理。项目完成将揭示漏斗蛛性晕厥行为的化学调控因子及其神经生理机制，研究结果可为动物两性冲突提供极端例证和补充，为研究两性冲突和协同进化、性选择和自然选择等相关理论提供参考。

蜘蛛是一类具有独特和复杂行为的无脊椎动物，在进化过程中形成了性捕食和性晕厥等极端性行为。性晕厥行为存在于漏斗蛛科的多个属种，在这种行为模式下，雄蛛获得安全的交配机会，而雌蛛则因陷入晕厥状态更多的暴露于来自天敌、配偶或其他环境因素的危险中。极端性行为是性冲突理论的重要例证，体现出雌雄两性在进化过程中形成的繁殖利益不均衡，相关研究将有助于我们深入理解两性关系、协同进化、性选择等理论。然而性晕厥行为目前仅有行为学证据，相关生化生理机制等未见研究报道。.本项目以阴暗拟隙蛛、机敏异漏斗蛛、森林漏斗蛛等常见漏斗蛛为研究对象，对雌蛛的性晕厥行为、化学触发因子及其作用机理等进行了相关研究，取得了以下研究结果：① 研究了7属7种漏斗蛛的性行为特征，发现性晕厥行为广泛且稳定地存在于漏斗蛛类群中。② 发现阴暗拟隙蛛（漏斗蛛科︰拟隙蛛属）的交配和晕厥时间平均近20小时，这是迄今据我们所知交配时间最长、同时也是晕厥时间最长的物种。③ 分别对机敏异漏斗蛛雌蛛和雄蛛的信息化学物质进行研究，鉴定出雌蛛性引诱信息素和雄蛛求偶信息素的化学结构。④ 揭示了漏斗蛛雄蛛释放的信息素是诱发雌蛛交配前安静进而在交配中晕厥的化学因子。⑤ 证实晕厥诱导信息素经漏斗蛛雄蛛的毒液孔释放，由雌蛛步足末端的化学感受器感知。⑥ 发现漏斗蛛蛛网及体表均携带有标识其性别和龄期的信息化学物质，诱导种内个体的趋向或回避行为。⑦ 对井冈山地区的蜘蛛多样性进行了广泛调研，发表了多个蜘蛛新种。.项目已发表国外SCI论文9篇、国内论文4篇，另有2篇文章待发表；获新型专利2项；资助11人次参加国内学术交流，联合资助1人进行国外访学研究；联合培养硕士研究生2名；参与拍摄中央电视台科普电视节目1期。项目研究成果有助于我们深入理解两性关系和协同进化、性冲突等理论，为进一步深入研究性晕厥行为的神经生理机制、生态和进化意义等提供依据。