通过实验操控体型大小以估算形态缩放关系 果蝇

以下实验的总体目标是通过在发育关键时期调控食物供应，产生一系列不同体型大小的个体，进而用于估算形态性状之间的异速生长关系。首先，在连续三天内从同一果蝇种群中收集卵，形成三个年龄组。当最年长的一组幼虫开始化蛹时，将所有年龄组的幼虫从食物中移出。

这种饮食改良的结果是蛹的大小变异范围增大。接下来对所有个体拍摄其蛹期和成虫翅膀的图像，以估算身体大小与翅膀大小之间的形态比例关系。最终，通过将Ⅱ型线性回归模型拟合到数据中，获得能够显示翅膀大小如何随整个可能的身体大小范围变化的结果。

本研究通过在发育过程中调控营养获取的时间，实验性地增加成年果蝇个体间的体型变异，从而能够在全范围的体型大小上估算形态比例关系。该方法有助于解答有关形态比例关系表达与进化的核心问题，例如识别不同生物类群间比例关系参数变异的直接成因。

将一群果蝇移入交配室，随后连续三天每天收集一次卵，最终借助解剖显微镜建立三个年龄组。从每组中分别转移50枚卵至含有10毫升标准果蝇培养基的小瓶中。

将小瓶置于所需温度下培养，以促进幼虫发育。当最年长的群体达到游走期时，即可通过将幼虫从食物中移出来实施饮食干预。此时，该群体中幼虫的体重已明显超过形成包涵体所需的最低可存活体重，并接近其自然最大体型。

中间批次的幼虫体重已超过最低可存活重量，但其发育成的成虫体型将小于最老批次幼虫所发育的成虫。最年轻批次的幼虫体重接近最低可存活重量，因此将发育成体型非常小的成虫。将幼虫从食物中取出。

向小瓶中加入约五毫升40%蔗糖溶液，然后在摇床上以中等速度振荡15至20分钟。振荡后，用细毛刷将漂浮的幼虫从蔗糖溶液中取出，并按群体转移到含有湿润棉塞以保持湿度的小瓶中。在所需温度下培养，直至化蛹。

将蛹腹面朝上放置在显微镜载玻片上。待蛹固定后，使用连接显微镜的数码相机拍摄图像。请确保调整设置，使每只蛹在白色背景上呈现为深色轮廓。

成像后，将每只蛹转移至含有1毫升果蝇食物的独立2毫升离心管中。通过瞳孔轮廓所占像素数量来估算瞳孔大小。也可在解剖镜下使用其他尺寸参数（如长度或宽度）进行测量。

使用二氧化碳轻度麻醉果蝇，并用翅夹固定器（一种吸力装置，可将果蝇翅膀吸至两片玻璃之间，并使其与果蝇身体垂直）进行定位。用于成像时，尽管本研究中使用翅夹固定器对活体果蝇的翅膀进行成像，但翅膀及其他性状也可通过常规工具解剖后成像。利用连接至计算机的显微镜相机对翅膀进行成像，并记录果蝇的性别。翅膀成像并保存后，可通过以下任一方法估算翅膀大小：采用包围边缘固定标志点的最小凸多边形进行线性测量，或计算翅膀轮廓的像素总数。此处成像的蛹显示了因饮食调控而导致的体型分布极端情况。

在蛹达到包涵体形成的最小可存活体重之后。图中还展示了用于测量瞳孔大小的相应轮廓。处于大小分布极端个体的相应翅图像与轮廓一同展示于此。

用于估算翅大小以提取缩放关系。描述翅大小随体型缩放的参数，可用于比较不同类群间整体形态与大小的协变关系。此处展示的数据来自幼虫期完全饲喂、饥饿一天或饥饿两天的各性别个体。

尽管该实验步骤的各个组成部分操作迅速，但总体而言可能较为耗时。通常情况下，处理约3,500只果蝇从卵到成虫的整个过程大约需要350个人工小时。随着操作熟练度的提高，个人的操作时间可显著缩短。此外，该方法也可用于测量其他形态学性状，从而能够估算更多的形态学缩放关系。