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用户成果｜昼行、暮光与夜行蛾的视觉秘密：Neoscan 显微CT揭示瞳孔动态与三维眼部结构
作者：复纳科技
产品： N60, N70, N80, 新品 N90, 新品 NXL
关键词：显微CT，无损检测，Micro-ct，昆虫，Neoscan，X射线成像
日期：2025-11-20
发表文章：Pupil dynamics reveal the tuning of tortricid moths to diel activity
发表期刊：Journal of Comparative Physiology A
原文链接：https://doi.org/10.1007/s00359-025-01759-0
使用仪器型号：Neoscan N80 高分辨显微CT
Part 01. 引言：光环境与视觉适配
光环境是影响动物视觉系统进化的重要因素。昼行、暮光和夜行的昆虫在光照条件和行为节律上存在显著差异，而视觉系统必须在光敏感性、调节速度和视觉稳定性之间做出权衡。对于体型较小、无内生热能力的果树蛾（Tortricidae）而言，温度变化对视觉生理的影响尤为明显：低温可能减缓色素迁移和瞳孔调节速度，从而影响光适应能力。
西班牙莱里达大学Alejandro Martín‑Gabarrella 团队研究人员以三种代表性果树蛾——Grapholita molesta（昼行）、Lobesia botrana（暮光活动）和 Cydia pomonella（夜行）为研究对象，借助 Neoscan N80 高分辨显微CT，旨在探究不同昼夜活动模式下蛾类视觉系统的生理调节和结构适配机制。
Part 02. 研究假设与目标
作者提出了三个核心假设：首先，瞳孔动态（闭合/开放速度）应与物种的活动光环境匹配；其次，环境温度对瞳孔反应具有调制作用，不同体型的物种受影响程度不同；第三，眼部微结构（如眼半径、clear-zone 厚度、感光单位排列）决定瞳孔动态和视觉性能，且这些结构差异与生态活动时间相关。研究目标是通过行为生理实验和结构分析，系统解析视觉调节机制的生态适配特征。
Part 03. 方法概述
1）瞳孔动态测量
研究使用红外近红外光源，通过显微成像记录蛾类瞳孔对光脉冲的闭合与开放反应。利用动态曲线拟合获得 t₅₀（达到最大闭合幅度一半的时间）指标，用于比较不同物种的瞳孔调节速度。实验在恒温条件下进行，同时监测昼夜节律影响，确保测量结果反映自然活动模式下的视觉调节特征。
图1 使用USB显微镜和近红外照明观察到的三种蛾类复眼：（a）适应强光的状态；（b）适应黑暗的状态。图b中复眼中心的亮圆为叠加瞳孔（superposition pupil）。CP：苹果蠹蛾（C. pomonella）；LB：葡萄藤蛾（L. botrana）；GM：梨小食心虫（G. molesta）。
2）温度实验
为了探究温度对视觉调节的影响，研究在 15°C 与 22°C 两种环境温度下测定瞳孔动态。该实验验证了体型较小的昼行蛾在低温条件下闭合速度明显减慢，而暮光蛾对温度变化最具耐受性，显示温度是影响微小昆虫视觉性能的重要生态因素。
图2 在15 °C（a、b）和22 °C（c、d）条件下，苹果蠹蛾（CP）、梨小食心虫（GM）和葡萄藤蛾（LB）在（a、c）紫外线光照和（b、d）黑暗环境中的诱发瞳孔动态变化。曲线为平均值，阴影区域为±标准误（每物种N=10个个体，雌雄各约50%），显示归一化瞳孔反射随时间的变化。
3）眼部微结构分析
为了理解瞳孔动态差异背后的结构基础，研究者使用 Neoscan N80 高分辨显微CT 对蛾类头部进行三维无损扫描。Neoscan N80 通过高分辨率 X 射线成像，实现对微小样本（眼半径约 200–300 μm）精确重建。
与传统光学切片相比，Neoscan 高分辨显微CT 的优势在于能够获取完整、连续的三维结构数据，而无需破坏样本或依赖二维截面推测三维形态。研究者利用 显微CT 数据量化了眼半径、晶状体间隙（clear-zone）厚度、感光单元排列和数量，为进一步建立“微结构 → 功能 → 光环境适配”的因果链条提供了可靠基础。
图3 苹果蠹蛾（CP）、葡萄藤蛾（LB）和梨小食心虫（GM）复眼的解剖结构。a–f 复眼纵向切面：a、c、e 为利用显微 CT 对完整眼睛成像；b、d、f 为染色半薄切片的光镜照片。眼区范围用红线标出，半径数值标注于一侧（a、c、e）。透明区长度用白色竖直比例尺表示（a、c、e），或黑色比例尺表示（b、d、f）。
Part 04. 结果分析
1）瞳孔动态与昼夜活动模式
实验结果显示，三种蛾类的瞳孔调节速度与其活动光环境高度匹配。暮光蛾 L. botrana 闭合和开放速度最快，能够迅速应对光强急剧变化；夜行蛾 C. pomonella 瞳孔幅度最大，光敏度最高，适合弱光环境；昼行蛾 G. molesta 的闭合速度最慢，但在高光强环境下表现稳定。该结果表明，瞳孔动态是视觉系统对昼夜光环境适配的重要生理指标。
图4. 物种（苹果蠹蛾CP；梨小食心虫GM；葡萄藤蛾LB）、性别和温度对瞳孔开闭动态参数的影响。a) 开闭斜率（slope）；b) 达到半开或半闭所需时间（t₅₀）。图中不同字母表示处理组间差异显著（Tukey检验，P < 0.05）。箱线图显示中位数（横线）、第一和第三四分位数（箱体）以及1.5倍四分位距（竖线）。
图4
02）温度效应
低温条件下，小型昼行蛾闭合反应速度明显减慢，而暮光蛾几乎不受影响，夜行蛾表现中等。研究指出，这与体型、代谢和热容量相关，小型昼行蛾在低温下色素迁移受抑制，导致瞳孔闭合延迟，而暮光蛾演化出更高的温度耐受性，使其在光变化迅速的环境中仍能保持快速调节。
图5 在 12:12 光-暗周期与 22 °C 恒温条件下驯化 3 天后，连续 36 h 黑暗期间三种蛾子——苹果蠹蛾（CP）、梨小食心虫（GM）和葡萄藤蛾（LB）的自发性瞳孔活动。曲线为平均值，阴影区域为 ± 标准误（N = 5 个个体/物种，雌雄各约 50%），显示相对瞳孔亮度随时间的变化。竖直虚线标示此前训练光周期中的“白天”与“黑夜”转换时刻。
03）眼部微结构差异
Neoscan N80 高分辨显微CT 三维重建结果显示，夜行蛾 C. pomonella 拥有最大眼半径和最厚的 clear-zone，增强了弱光捕获能力；暮光蛾 L. botrana 的眼半径和 clear-zone 厚度处于中等水平，为快速光变化提供结构支持；昼行蛾 G. molesta 的眼最小、clear-zone 薄，适合强光环境。三种蛾类的微结构差异与瞳孔动态一致，表明微结构是视觉功能适配的重要基础。
表1 苹果蠹蛾（CP）、梨小食心虫（GM）和葡萄藤蛾（LB）复眼形态参数。CT 扫描值为每个种类、性别各 1 例；立体显微镜值为每个种类、性别各 10 例的平均值 ± 标准误。
Part 5. 讨论：结构–功能–生态位耦合
通过将瞳孔动态、温度效应与眼部微结构结合分析，研究揭示了三种蛾类视觉系统的生态分化模式。
昼行蛾优先保证视觉稳定性，暮光蛾演化出对光强急变的快速响应，而夜行蛾则以增强光敏度为核心策略。clear-zone 厚度、眼半径和感光单位数量的组合决定了光敏感性与调节速度之间的权衡。Neoscan CT 的三维数据为这种结构–功能关系提供了直接证据，使研究能够在微结构层面解释瞳孔动态差异和生态适配策略。
PART.06 未来展望
该研究首次在同一框架下整合行为生理、环境温度与微结构分析，提供了多层次的证据说明视觉系统如何随生态环境演化。研究成果不仅为理解蛾类视觉系统演化提供了模型，也为害虫行为管理、仿生低光视觉系统设计以及比较视觉神经生理学研究提供了方法学参考。未来研究可以在更多物种和极端光环境下验证视觉适配规律，并结合活体成像和神经记录进一步解析结构–功能–行为耦合机制。
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