蜉蝣复眼光谱敏感性与时间分辨率的性别二态性研究：紫外视觉在交配行为中的关键作用

本研究针对蜉蝣（Electrogena lateralis）复眼的性别二态性，通过电生理技术（ERG）首次比较了雄性背/腹侧眼区与雌性复眼的光谱敏感性和时间分辨率（FFF）。发现雄性背侧眼区专一性响应紫外线（353 nm），且时间分辨率（148.7 Hz）显著高于腹侧眼区（104.1 Hz），揭示了其适应黄昏集群交配的视觉机制；雌性复眼与雄性腹侧眼区则主导绿色敏感（536 nm），可能用于导航。幼虫光谱敏感性差异提示外骨骼透光特性影响发育期视觉功能。

　　

在昆虫视觉生态学领域，复眼的功能分化一直是研究热点。蜉蝣作为古老的有翅昆虫，其雄性复眼常表现出显著的性别二态性——背侧区域特化为适应集群交配的"雌性探测系统"，而这一现象的生理机制尚不明确。Electrogena lateralis作为河栖蜉蝣的代表，其雄性复眼虽分化为背腹两区，但解剖差异较其他物种更隐蔽，这为探究视觉功能与行为适应的普适规律提供了理想模型。

匈牙利的研究团队通过电生理学方法系统比较了该物种不同性别及发育阶段的视觉特性。研究发现，雄性背侧眼区表现出紫外光（353±2 nm）专一敏感性，且时间分辨率（148.7±32.7 Hz）显著高于腹侧眼区（104.1±23.2 Hz），这种"高速紫外视觉"完美匹配其黄昏时分在天空背景下快速捕捉雌性剪影的行为需求。雌性复眼与雄性腹侧眼区则呈现双峰敏感性（主峰536±5 nm绿光，次峰366±12 nm紫外光），暗示其承担环境导航功能。幼虫实验首次证实外骨骼透光特性导致其相对紫外敏感性低于成虫，为发育生物学提供了新证据。

关键技术包括：1）定制LED光源系统（波长范围346-641 nm）测定光谱敏感性；2）傅里叶变换分析视网膜电图（ERG）信号计算闪烁融合频率（FFF）；3）Govardovskii模板拟合区分紫外/绿光感光细胞；4）明/暗适应对比实验（光子通量1.4×10¹⁴ photons cm^-2 s^-1）。样本来自匈牙利Domini溪流的野生种群。

【光谱敏感性】

黑暗适应状态下，雄性腹侧眼区与雌性复眼均呈现绿光主导的双峰曲线（图4A），而雄性背侧眼区仅响应紫外波段（图4B）。色适应实验证实雌性存在独立的紫外/绿光感光通路（图4C），幼虫则显示发育相关的紫外敏感性差异（图5A）。

【时间分辨率】

雄性背侧眼区的FFF（148.7 Hz）显著高于腹侧（104.1 Hz）（图7），这种差异在紫外刺激下仍保持，说明其神经传导速度的固有优势。雌性复眼的FFF（104.5 Hz）与雄性腹侧眼区相当（图6），支持其共同承担常规视觉功能的假说。

该研究首次建立蜉蝣复眼时空分辨率与行为适应的完整关联模型：雄性通过背侧"紫外高速通道"实现高效配偶识别，腹侧眼区与雌性复眼则维持基础导航功能。幼虫-成虫光谱敏感性差异揭示了外骨骼的光学过滤作用，为理解水生昆虫发育可塑性提供新视角。研究结果发表于《Scientific Reports》，不仅完善了昆虫视觉生态学理论，也为仿生视觉传感器设计（如紫外目标追踪系统）提供了生物学蓝本。ádém Egní等特别指出，这种"功能分区"策略可能普遍存在于黄昏集群昆虫中，后续研究可拓展至其他具有相似行为的物种。