告訴你關於帝王蝶的科學認識

君主斑蝶（學名：Danaus plexippus），又名黑脈金斑蝶，大樺斑蝶，是一種斑蝶。它們可能是北美洲最廣為人知的蝴蝶。自19世紀，它們就在紐西蘭被發現，並於1871年在澳洲發現。它們分布在歐洲的加那利群島及馬德拉，並有一些遷徙至俄羅斯、亞速爾群島、瑞典及西班牙。翅膀上有顯眼的橙色及黑色斑紋，翅膀闊8.9-10.2釐米。雌蝶的翅脈更為深色，雄蝶的後翅中央有一斑點可以釋放信息素。雄蝶較雌蝶為大。

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科學分類

君主斑蝶，是由塞繆爾·斯卡德（Samuel Hubbard Scudder）於1874年所取的，原因是「它們是最大的蝴蝶之一，並統管眾多」。但其實這個名稱是為紀念奧蘭治親王威廉。君主斑蝶的學名由卡爾·林奈於1758年的《自然系統》內確定。它最初被分類在鳳蝶屬中。於1780年，Jan Krzysztof Kluk成立了斑蝶屬，並以君主斑蝶為其模式種。由於拉丁語語法要求種加詞與性別名稱相符，故並不清楚斑蝶屬的學名是來自希臘傳說的埃及國王及宙斯的曾孫達那俄斯，或是來自達那俄斯的玄孫女達那埃的雄性化版本。種小名是來自達那俄斯的雙生兄弟埃古普託斯的50個兒子之一的Plexippus。

正在吃紫錐菊花蜜的君主斑蝶

君主斑蝶與兩個相似的近親物種於2005年前同屬於斑蝶亞屬。這兩個物種是牙買加及伊斯帕尼奧拉島的Danaus cleophile，及南美洲阿瑪遜河的南大樺斑蝶。Danaus erippus差不多與君主斑蝶完全一樣，但是蛹卻有所不同，故曾一度被認為是君主斑蝶的亞種。不過根據形態學、線粒體DNA 12S 核糖體RNA、胞色素氧化酶第一次單元序列、nDNA 18S rRNA及EF-1α的分析，發現它們應該與君主斑蝶是不同的物種。有指南大樺斑蝶的祖先與君主斑蝶的祖先在於200萬年前的上新世末期分裂。當時海平面較為高，而整個亞馬遜低地都是汽水沼澤，並不適合蝴蝶生活。

現時君主斑蝶其下有兩個亞種：

• D. p. plexippus：指名亞種，北美洲會遷徙的亞種。
• D. p. megalippe：於1826年由Jacob Hübner所描述，並不會遷徙，主要分布在科羅拉多州及喬治亞州以南，遍及加勒比海及中美洲，至阿瑪遜河。其下有三個不同的變型，曾一度被認為是另一些亞種，但其實是D. p. megalippe的不同顏色變型：
• D. p. m. forma leucogyne
• D. p. m. forma portoricensis
• D. p. m. forma tobagi

分布

分布於北美洲、南美洲及西南太平洋，包括西印度群島、加拉巴哥群島、索羅門群島、澳大利亞、紐西蘭、紐幾內亞、摩鹿加群島、菲律賓、臺灣、香港、模里西斯、印度、亞速爾群島、馬德拉、加那利群島、葡萄牙南部、西班牙南部，並偶見於英國、愛爾蘭及法國南部。

臺灣的族群在1930年代後逐漸減少。Vane-Wright在1993年提出哥倫布假說 (The Columbus hypothesis)，認為Danaus plexippus在19世紀中進行了一次全球性大擴張，從北美洲本土分別往大西洋及太平洋方向大規模擴張，1840年代第一次在夏威夷被記錄、1850-1860年代在南太平洋島嶼擴張、1870年代抵達澳大利亞。20世紀起各地的族群則開始陷入衰退，臺灣族群的消失只是這波大衰退的一部分。

描述

君主斑蝶的翅膀闊8.9~10.2釐米。翅膀上面呈黃褐橙色，翅脈及邊緣黑色，邊緣有兩串細白點。前翅近端位有一些橙點。翅膀下面很相似，但前翅及後翅端呈黃褐色，而白點較大。

雄蝶的後翅上有黑色的性徵鱗片，而翅脈較雌蝶的窄。雄蝶較雌蝶為大。

君主斑蝶的卵呈奶白色，期後會轉變為淡黃色。卵較長及稍有稜角，約有23節及很多橫線。一個卵約重0.46毫克，高1.2毫米及闊0.9毫米。

遷徙

君主斑蝶最特別的地方是會每年進行遷徙。在北美洲，它們會於8月至初霜向南遷徙，並於春天向北回歸。在澳洲，它們會作有限度的遷徙。雌蝶會在遷徙時產卵。到了10月，洛磯山脈的群族會遷徙到墨西哥米卻肯州的神殿內。西方的群族會在美國加利福尼亞州南部過冬。

於初夏出生的君主斑蝶壽命只有少於兩個月，但它們遷徙的時間卻遠遠超過這個時間。在夏天最後出生的一代會進入一個滯育期，並會活超過7個月。在滯育期，它們會遷徙至其中一個過冬的地方。過冬的一代一般都不會繁殖，直至它們於2-3月離開時才會繁殖。相信洛磯山脈群族春天時會向北遷徙至德克薩斯州及奧克拉荷馬州。回到美國及加拿大原住地方的已經是第二、三或四代的君主斑蝶。它們是如何隔幾代後仍能回到相同的過冬地點則有待研究。似乎它們是從其生理節奏及太陽的位置而遺傳了遷徙的路線。

君主斑蝶是很少會橫渡大西洋的昆蟲之一。在百慕達由於多以乳草為觀賞植物，故君主斑蝶在當地十分普遍。由於百慕達的溫和氣候，當地出生的君主斑蝶會全年留在島內。

視乎風向，只有少數的君主斑蝶會在英國的西南部出現，最東的曾在Long Bennington出現。在紐西蘭亦有見到君主斑蝶。在夏威夷亦有出沒，但卻沒有遷徙的情況。

繁殖

君主斑蝶的幼蟲

君主斑蝶會在春天離開過冬位點時交配。它們的求愛過程非常簡單，且較少依賴信息素。求愛涉及兩個階段，即空中及地上的階段。在空中時，雄蝶會追求、輕推及擒下雌蝶。在地上時才會交尾，雄蝶會將精囊傳遞至雌蝶中。精囊及精子相信可以提供雌蝶能量來幫助繁殖及遷徙。過冬的群族最北可以回歸至發現生長初期的乳草，對於東方群族而言這是在德克薩斯州南部。君主斑蝶的生命周期是完全變態的，涉及四個不同的階段：

1. 雌蝶於春天及夏天繁殖季節產卵。
2. 卵孵化出毛蟲。它們會吃卵殼，及乳草及卡烯內酯。在毛蟲階段，它們會將能量儲存成脂肪及營養素，以渡過不吃不喝的蛹階段。
3. 在蛹階段，毛蟲會在樹枝或樹葉等上吐絲，以其最後的腹腳來吊起整個蛹。它會倒吊成J形，及開始脫殼，以綠色的外骨骼來包裹自己。此時會有激素的改變，以進行蝴蝶變態。蛹會在破蛹前一天變深色（其實是開始變成透明），內中可見君主斑蝶的黑橙色翅膀。此階段約需兩星期。
4. 成長的君主斑蝶在蛹階段後破蛹而出，並繼續吊在破了的蛹中幾個小時，直到它的翅膀變幹。同時，流體胎糞會被注入起皺的翅膀，令它們完整及堅硬。最後君主斑蝶會展開及拍動其翅膀飛離，往其他的花朵覓食。

防禦

沼澤乳草是君主斑蝶的食物之一

君主斑蝶很難吃，加上因卡烯內酯它們的身體是有毒的。它們鮮豔的顏色及翅膀的高同比都顯示它們是不適口的。這種現象稱為警戒作用。

Limenitis archippus與君主斑蝶有相同的保護機制，稱為「貝氏擬態」。

與人類關係

君主斑蝶是阿拉巴馬州、愛達荷州、伊利諾州、明尼蘇達州及德克薩斯州的州昆蟲，且是佛蒙特州及西維珍尼亞州的州蝴蝶。於1990年，君主斑蝶與西方蜜蜂一同被提名為美國的國昆蟲，但最終卻不獲通過。

很多人很種植蝴蝶園來吸引蝴蝶。其他的則會為了喜好及教育來飼養君主斑蝶。在一些君主斑蝶遷徙的位點會建立庇護區，而旅遊業亦因此應運而生。

很多學校都會由毛蟲開始養殖君主斑蝶。當成蟲後就會被放生野外。

威脅

君主斑蝶過冬的地方被非法砍伐導致它們的數量大幅下降。現時正努力將它們列為受保護動物及恢復其棲息地。墨西哥估計於2005年至2006年間，君主斑蝶的數量出現明顯增長。

掠食者

雖然君主斑蝶是吃乳草的，但是不同種類、不同植物或不同部位的乳草有不同的卡烯內酯含量，這亦反映在君主斑蝶體內毒素的含量。所以君主斑蝶未必一定是不可吃的，而是進行了自擬態。一些君主斑蝶的掠食者懂得量度它們的毒素，並吐出高卡烯內酯含量的昆蟲。

卡烯內酯是積聚在君主斑蝶的腹部及翅膀。一些掠食者亦會將這些部位撕開，去吃其他的部分。鳥類掠食者包括褐噪鶇、白頭翁、美洲鶇、美洲雀科、麻雀、叢鴉屬及藍頭松鴉。在北美洲，異色瓢蟲的幼蟲或成蟲會吃君主斑蝶的卵或初出生的幼蟲。

在夏威夷的白色形態的君主斑蝶

在歐胡島，有一種白色形態的君主斑蝶。這是由於在1965年及1966年引入了黑喉紅臀鵯及Pycnonotus jacosus。它們是最普遍的吃昆蟲鳥類，也可能是唯一會吃君主斑蝶的鳥類。在夏威夷的君主斑蝶只有低含量的卡烯內酯，而這些鳥類亦可以忍受這種毒素。這兩種鳥會吃君主斑蝶的幼蟲及蛹，也會吃正在休息的成蟲，但很少吃飛行中的成蟲。所以白色君主斑蝶比橙色的有較高的生存率。這可能是因異類選擇或偽裝。

寄生蟲

君主斑蝶的寄生蟲是寄生蠅Lesperia archippivora。被寄生的幼蟲會繼續脫毛及懸掛自己，但卻於成蛹前死亡。此時一種白色的蛆會從幼蟲中出來及被絲線懸掛。蛆會在地上形成褐色的蛹。

一種微球菌屬的Micrococcus flacidifex danai亦會影響幼蟲及導致死亡。君主斑蝶幼蟲在成蛹前會如常的走到水平面上，但於幾小時後死亡，屍體仍然以後腹腳懸掛。該屍體會在很短時間變為黑色。另外，綠膿桿菌雖沒有入侵能力，但卻會引發繼發感染。這些都是在實驗室飼養的君主斑蝶死亡的原因。

一種稱為Ophryocystis elektroscirrha的原生動物是君主斑蝶的另一種寄生蟲。它會感染皮下組織，並以在蛹時期長成的孢子傳播。孢子會在受感染的整隻君主斑蝶身體，而大部分集中在腹部。這些孢子會在雌蝶產卵時被擦掉，而出生後的毛蟲則會吃下並受感柒染。嚴重感染的身體會變得虛弱，不能展開翅膀及壽命較短。經過幾代後仍會有感染的情況。

遷徙的秘密

一份發表在《細胞》期刊的研究，由瑞伯特博士與麻省醫學院的同儕詹帥博士 (Shuai Zhan) 和克麗絲汀‧默林博士後研究員(Christine Merlin)，以及基因體計劃解決方案的執行長傑弗瑞‧波爾博士 (Jeffrey L. Boore) 共同合作，提出利用次世代定序技術 (next-generation sequencing technology) 解開二億七千三百萬個鹼基 (273 Mb) 的帝王斑蝶基因體草圖。

了解帝王斑蝶的基因、行為與生理上適應的關聯性將能夠提供新的觀點來了解人類身上同樣的關聯性。例如，約日時鐘 (circadian clocks) 是具有時間補償性的太陽羅盤系統中主要的組件，用來控制帝王斑蝶能夠在長距離的旅程中找到方向；而約日時鐘現在已經知道在人類身上扮演重要的角色。從一日內賀爾蒙濃度的變化、藥物動力學、疾病發生過程–如心臟病最常發生於清晨時間，都透露著約日時鐘對於人類生理學有關鍵性的影響。

結果：經過分析這些遺傳訊息組共找到大約 16,866個能轉譯成蛋白質的基因，其中有數個基因家族與季節性遷徙有主要的關聯性。瑞伯特與研究同儕從剛出爐的帝王斑蝶基因體中找到的基因群包括：

1. 太陽羅盤系統的視覺接收與腦內處理訊息相關的基因
2. 帝王斑蝶約日時鐘的分子組成中全部的基因
3. 調控青春激素(juvenile hormone)生合成途徑的基因群，青春激素對於遷徙行為扮演關鍵性的角色而且發現非預期的調控關係
4. 指向性飛行行為的附加基因群
5. 帝王斑蝶專一性嗅覺受器的廣泛特化，可能與長距離遷徙有重要的關係
6. 以及多種鈉鉀幫浦產生重要的化學防禦機制，在遷徙時用來擊退捕食者

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涉及名詞：

完全變態：完全變態發育是昆蟲變態的兩種類型之一。昆蟲在個體發育中，經過卵、幼蟲、蛹和成蟲等4個時期的叫完全變態。昆蟲在個體發育中，只經過卵、幼蟲和成蟲等3個時期的，叫做不完全變態。完全變態的幼蟲與成蟲在形態構造和生活習性上明顯不同。蜻蜓的發育過程是不完全變態過程，蝶、蚊則是經過完全變態而長成的昆蟲。

信息素：也稱做外激素，指的是由一個個體分泌到體外，被同物種的其他個體通過嗅覺器官（如副嗅球、犁鼻器）察覺，使後者表現出某種行為，情緒，心理或生理機制改變的物質。它具有通訊功能。幾乎所有的動物都證明有信息素的存在。1959年發現，雌蠶蛾會分泌性信息素，這是科學界首次證明了性信息素是存在的。信息素一詞源於希臘文的「φέρω」（意指「我攜帶」）與「ὁρμή」（意指「刺激」），合起來意思是「我攜帶刺激物」的意思。信息素一詞是於1959年，由科學家彼得·卡森（Peter Karlson）與馬林·路丘（Martin Lüscher）共同提出的，用來形容動物利用化學分子傳遞訊息的溝通方式。1980年代，科學家大衛·白林納（David Berliner）以及其科學團隊首次探索人類是否也具有與昆蟲及動物相同的神奇溝通能力。直到1991年，他的科學團隊才在類固醇生物化學與分子生物學期刊上發表其研究成果：發現了可能的人類信息素雄二烯酮與雌四烯醇的存在，並發現人類信息素也具有男女的性別區分，對人類負責性行為與內分泌的下丘腦具有活化作用，自此開啟了人類性信息素研究的序幕。

貝氏擬態：英文名稱：Batesian mimicry。定義：一個無毒可食的物種在形態、色型和行為上模擬一個有毒不可食的物種，從而獲得安全上的好處。比如食蚜蠅，東方果實蠅等。

孢子：孢子（spore）是脫離親本後能直接或間接發育成新個體的生殖細胞。它是有絲分裂或減數分裂的產物；多數為單倍體，少數為二倍體。孢子一般為單細胞的，也可能是多細胞的繁殖體。由於它的性狀不同，發生過程和結構的差異，形成了孢子的多樣性。

自擬態：英文名稱automimicry，同種群體中某些個體因食物原因不合天敵口味而使後者不加害其他個體的現象。

希望你從知識中獲得能力，做真正的自己。——謝飛博士