蜜蜂衛(wèi)生行為機(jī)制：死亡指令

吳迪 李志勇 王志│編譯

吉林省養(yǎng)蜂科學(xué)研究所

圖1 蜜蜂、螞蟻和白蟻所表現(xiàn)出的社會(huì)免疫行為

社會(huì)免疫是一種在昆蟲(chóng)進(jìn)化中具有古老淵源的，使群體集體抗病的利他行為。螞蟻、白蟻和蜜蜂都表現(xiàn)出某些形式的社會(huì)免疫行為（圖1），比如螞蟻們迅速將它們同伴的尸體抬到垃圾堆去，白蟻們更傾向于埋葬同伴尸體，當(dāng)然，還有蜜蜂會(huì)把它們的死蟲(chóng)和病蟲(chóng)拖到巢門(mén)口。在以前的文獻(xiàn)中，Randy Oliver和Keith Delaplane在蜜蜂社會(huì)免疫方面做了一項(xiàng)出色的研究，所以現(xiàn)在我們都知道，為什么蜜蜂對(duì)蜂螨破壞這種敏感的衛(wèi)生行為和自身清潔行為是有益的。蜜蜂們?nèi)绾螞Q定哪些蟲(chóng)需要被移除，哪些蟲(chóng)不需要？又是通過(guò)什么來(lái)檢測(cè)？這些機(jī)制在進(jìn)化上是保守的嗎？以上這些課題引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，很多實(shí)驗(yàn)相繼開(kāi)展，其中包括我正在發(fā)表的一項(xiàng)研究，這些空白領(lǐng)域終于開(kāi)始被填補(bǔ)。

首先，一個(gè)簡(jiǎn)短的歷史：美國(guó)著名的昆蟲(chóng)學(xué)家E.O.Wilson曾提出“搬尸行為”這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述螞蟻如何系統(tǒng)地將它們同伴的尸體從巢穴中搬離出去。早在上世紀(jì)50年代，他就發(fā)現(xiàn)將一種油酸涂抹到無(wú)生命物體上會(huì)刺激其他螞蟻把這些物體搬離它們，將其運(yùn)送到糞堆或垃圾堆。后來(lái)，他發(fā)現(xiàn)即使這種物質(zhì)被應(yīng)用到仍然活蹦亂跳的活著的螞蟻上，這種情況依然成立。而且從那時(shí)起，這種油酸就已被蟻群公認(rèn)為是一種引起搬尸行為的類(lèi)似腐敗物質(zhì)或者是產(chǎn)生腐敗物質(zhì)的“死亡指令”。這種油酸非常粘稠（如橄欖油），它的氣味不會(huì)在空氣中傳播，但是螞蟻通常會(huì)通過(guò)肩膀和觸角的碰觸來(lái)感應(yīng)，所以油性的死亡信息仍然很容易在蟻群中傳播?，F(xiàn)在人們普遍認(rèn)為這是一種“死亡提示”，即這種粘性物質(zhì)暗示著昆蟲(chóng)的死亡，從而觸發(fā)了其被搬離。然而，這還沒(méi)有解釋為什么這種行為發(fā)生在那些沒(méi)有死亡太久、還不足以產(chǎn)生死亡提示信息的個(gè)體上。如此一來(lái)，“生命跡象”假說(shuō)被提出，這個(gè)假說(shuō)的觀點(diǎn)是：一個(gè)可識(shí)別的生命體征發(fā)生變化的時(shí)間比死亡提示的產(chǎn)生要快得多。我們?nèi)匀徊恢滥膫€(gè)說(shuō)法更正確，但就像大多數(shù)事情一樣，事實(shí)可能是兩者的結(jié)合。

不過(guò)蜜蜂的社會(huì)免疫行為比螞蟻要更難一些，因?yàn)樗蟹涑策@個(gè)物理屏障，把工蜂和它們想要監(jiān)控的幼蟲(chóng)分開(kāi)了。研究人員推測(cè)，由于沒(méi)有直接接觸的便利，刺激蜜蜂產(chǎn)生衛(wèi)生行為（蜜蜂中的搬尸行為）的氣味一定比在螞蟻和白蟻中發(fā)現(xiàn)的油性物質(zhì)更容易揮發(fā)。2009年，Swanson等人在Marla Spivak（培育并推廣了明尼蘇達(dá)衛(wèi)生行為蜜蜂品系）的監(jiān)督下，通過(guò)識(shí)別從白堊病中釋放的氣味（這種氣味可以引起衛(wèi)生行為），奠定了現(xiàn)階段的成就。在蜜蜂的疾病特異性氣味方面，還有很多其他研究，但是他們第一個(gè)證明了是氣味實(shí)際上誘導(dǎo)了行為。他們識(shí)別出的化合物符合相應(yīng)要求：這些化合物非常容易揮發(fā)，完全可以透過(guò)巢房蓋并警示那些監(jiān)督的工蜂。然而，并不是所有疾病都有如此直接的信號(hào)反應(yīng)。

Mondet等人最近發(fā)現(xiàn)，與正常幼蟲(chóng)相比，那些感染了瓦螨能誘發(fā)衛(wèi)生行為的幼蟲(chóng)，會(huì)釋放出更多育幼酯信息素(BEP)。據(jù)我所知，這是第一次表明，幼蟲(chóng)信息素的偏差可能會(huì)有助于蜂群的社會(huì)免疫，而非一些特異性疾病信號(hào)。雖然之前沒(méi)有提出過(guò)這個(gè)觀點(diǎn)，但這個(gè)想法很直觀：可以通過(guò)信息素信號(hào)來(lái)細(xì)微調(diào)控蜂群的功能，那么為什么衛(wèi)生行為會(huì)有不同呢？在我自己的研究中，收集到的證據(jù)表明，BEP并不是唯一的信息素。

最近一直在開(kāi)展一項(xiàng)研究任務(wù)，從被冷凍殺死的幼蟲(chóng)中識(shí)別潛在的衛(wèi)生行為刺激氣味。研究?jī)鏊烙紫x(chóng)可能沒(méi)有研究一種真正的疾病更有生物學(xué)意義，然而由于它是衛(wèi)生行為選擇育種的主要方法，它很可能會(huì)釋放誘導(dǎo)繁殖衛(wèi)生行為的氣味。并且以這種方式選擇培育的蜜蜂也能夠瞄準(zhǔn)真正的疾?。òò讏撞『头潋?，所以?xún)鏊烂鄯溆紫x(chóng)釋放的氣味和各種疾病所釋放的氣味之間就很可能有相似之處。在我自己的研究中（結(jié)果發(fā)表于一篇審稿中的科學(xué)報(bào)告，可在www.biorxiv.org獲得），我發(fā)現(xiàn)另一種幼蟲(chóng)信息素(β-ocimene)和油酸(見(jiàn)：螞蟻死亡指令)是由冷凍致死的幼蟲(chóng)釋放出來(lái)的。然而，當(dāng)我們測(cè)試這些氣味如何刺激蜜蜂觸角的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)只有β-ocimene會(huì)因?yàn)閯┝坎煌鴮?duì)觸角產(chǎn)生不同的刺激反應(yīng)，而油酸對(duì)它們根本沒(méi)有刺激反應(yīng)。

β-ocimene特別耐人尋味，這種信息素被認(rèn)為可以促進(jìn)工蜂對(duì)幼蟲(chóng)巢房的訪問(wèn)，因此，通過(guò)將注意力集中到那些原本不需要注意的封蓋幼蟲(chóng)上，信息素可能是一個(gè)非常有效的警報(bào)信號(hào)。作為第二種與衛(wèi)生行為有關(guān)的幼蟲(chóng)信息素，β-ocimene支持了一種觀點(diǎn)，即存在一種更廣泛的調(diào)節(jié)社會(huì)免疫的信息素模式。我們之前已經(jīng)了解這并不一定適合白堊病，所以這種觀點(diǎn)也許不是對(duì)所有疾病都適用。我懷疑這可能也不適用于美洲幼蟲(chóng)病，因?yàn)槊乐抻紫x(chóng)病產(chǎn)生了如此明顯的可怕氣味，信息素提示可能不太必要了。但較為隱覓的疾病，如蜂螨感染、凍死幼蟲(chóng)，還有我懷疑病毒感染，信息素提示信號(hào)可能是引起衛(wèi)生行為的關(guān)鍵。

然而，油酸卻給我?guī)?lái)了悲傷。一方面，有幾條強(qiáng)有力的證據(jù)表明這是一種良好的衛(wèi)生行為誘導(dǎo)者：第一，我們已經(jīng)知道它在其他社會(huì)性昆蟲(chóng)中起到了很好的作用；第二，我發(fā)現(xiàn)不同日齡幼蟲(chóng)和不同蜂群的幼蟲(chóng)凍死后都釋放出大量油酸。油酸在螞蟻和白蟻物種的進(jìn)化過(guò)程中是保守的，如果油酸與蜜蜂的行為有關(guān)聯(lián)，那當(dāng)然是有意義的。但是它變得更先進(jìn)了：我們從以前的研究了解到，蜜蜂依賴(lài)氣味結(jié)合蛋白來(lái)檢測(cè)氣味，與正常蜜蜂相比，有衛(wèi)生行為的蜜蜂具有明顯更多的氣味結(jié)合蛋白。這些氣味結(jié)合蛋白被認(rèn)為將氣味分子從觸角氣孔輸送到嗅覺(jué)神經(jīng)元，這是大腦信號(hào)識(shí)別的必要條件。我們獲知，油酸是那些氣味結(jié)合蛋白最強(qiáng)的配體之一（與一種分子結(jié)合構(gòu)成復(fù)合物，具有生物學(xué)功能）。然而另一方面，在我們的實(shí)驗(yàn)中，油酸對(duì)蜜蜂觸角似乎并沒(méi)有產(chǎn)生刺激作用，這大概是因?yàn)樗膿]發(fā)性如此之低的緣故。

這種非揮發(fā)性化合物可以引發(fā)蜜蜂衛(wèi)生行為的觀點(diǎn)與傳統(tǒng)觀點(diǎn)背道而馳，但我們并不是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的非揮發(fā)性物質(zhì)的人。例如，在被確定為清除對(duì)象的受瓦螨感染的蜜蜂巢房中，就發(fā)現(xiàn)了大量被稱(chēng)為“p32”的化合物。對(duì)于油酸沒(méi)有刺激蜜蜂觸角的原因也有一些合理的解釋?zhuān)悍湎鋬?nèi)的溫度比我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的房間環(huán)境溫度高23℉(10℃)，這將使蜂箱內(nèi)空氣中的油酸濃度升高，從而產(chǎn)生有效的刺激濃度，或許接下來(lái)我們需要加大油酸劑量來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的測(cè)試效果。

圖2 假想衛(wèi)生機(jī)制，包括蜂子信息素和非揮發(fā)性化合物

這就使我進(jìn)入了一個(gè)死循環(huán)，又回到了之前的“死亡提示”、“生命跡象”假說(shuō)。在我們冷凍幼蟲(chóng)的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)死亡提示信息(油酸)和一個(gè)生命體征信息(β-ocimene)，其他研究者也已經(jīng)鑒定出一種死亡提示信息（p32）和生命體征信息(育幼酯信息素BEP)?，F(xiàn)在通過(guò)觀察，我們很難認(rèn)為死亡提示信息和生命體征機(jī)制不是同時(shí)存在的（圖2），但這只是一種直覺(jué)，還沒(méi)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)過(guò)。以下是一個(gè)假設(shè)的行為機(jī)制過(guò)程：首先，信息素的生命體征信息向監(jiān)測(cè)巡查的工蜂“呼叫”，引起他們的注意；接下來(lái)，蜜蜂就像螞蟻和白蟻那樣，通過(guò)與這些未封蓋的卵或幼蟲(chóng)近距離的直接接觸來(lái)進(jìn)行仔細(xì)檢查，于是非揮發(fā)性的死亡提示信息就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。隨著蜜蜂活動(dòng)季節(jié)的到來(lái)，我們期待著對(duì)這些想法進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試，希望能讓死亡提示與生命體征的爭(zhēng)論得出一個(gè)結(jié)果。