多巴胺激發(fā)蜜蜂的『食物欲望』揭示昆蟲的食欲激活系統(tǒng)，蜜蜂或?qū)⒊蔀樾碌牡统杀緦?shí)驗動物

蜜蜂也會跳舞，而且還有多巴胺？研究蜜蜂已有二十余年的福建農(nóng)林大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院（蜂學(xué)學(xué)院）副院長蘇松坤最近又有新發(fā)現(xiàn)。

蘇松坤（左一）和學(xué)生

在此次工作中，他關(guān)注的是蜜蜂采完食物回到蜂巢之后，會表現(xiàn)出一種跳舞行為，從而告訴其它的蜜蜂蜂巢外面有食物。

早在2010年，蘇松坤就解剖了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂的腦部，通過檢測生物胺類的神經(jīng)遞質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂腦部多巴胺水平較高，同時還檢測到五羥色胺等生物胺類化學(xué)物質(zhì)。

他說：“當(dāng)時就覺得比較奇怪。我們的最初目的是研究蜜蜂的跳舞行為。在發(fā)現(xiàn)跳舞和采集食物的蜜蜂腦部存在多巴胺之后，我們也檢測了不同勞動分工的蜜蜂腦部的生物胺類的神經(jīng)遞質(zhì)，借此發(fā)現(xiàn)了一些差異，但是規(guī)律并不明顯?！?/p>

蘇松坤教授和學(xué)生

后來，隨著研究的深入，本次論文的共同趙元洪在實(shí)驗過程中，把定點(diǎn)采集的蜜蜂個體一個一個標(biāo)記起來。通過標(biāo)記，可以監(jiān)測到每一個個體的采集行為和跳舞表現(xiàn)。另外，趙元洪還把蜜蜂腦部的解剖做得非常漂亮，為研究打下不錯的技術(shù)基礎(chǔ)。

接著，同是第一作者的黃景南對蜜蜂的5種不同狀態(tài)進(jìn)行研究，分別是到達(dá)食物源、吃飽、回到蜂巢開始跳舞、跳舞結(jié)束、以及實(shí)驗結(jié)束后的安靜狀態(tài)。

最開始，該團(tuán)隊想找出蜜蜂腦部里面的哪些分子激發(fā)并支撐著跳舞行為。測試之后發(fā)現(xiàn)，多巴胺的變化很有規(guī)律：蜜蜂開始跳舞時，多巴胺水平升高；蜜蜂結(jié)束跳舞時，多巴胺水平降低。另外，在蜜蜂飛向食物源的過程中，多巴胺水平升高；吃飽后，腦部多巴胺水平降低。

后面，課題組一直在猜測，多巴胺是否和跳舞有直接關(guān)系？隨后，他們通過實(shí)驗去驗證這一假設(shè)。之后，又根據(jù)多巴胺在高等動物里的一些功能，提出另外一種猜測，即多巴胺和食物欲望有關(guān)系。

提出這一假設(shè)的原因在于：蜜蜂到達(dá)食物源之后，雖然沒有跳舞，但是腦部多巴胺也升高了。研究中，課題組也通過隧道實(shí)驗排除了第一個猜想，于是他們覺得多巴胺可能和食物欲望有更直接的關(guān)系。

以人類為例，多巴胺是一種很重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與生理、心理、行為等息息相關(guān)。鑒于此，張曌楠、封王江兩位同學(xué)進(jìn)一步聚焦多巴胺的功能。通過查資料，他們發(fā)現(xiàn)多巴胺在其他生物體內(nèi)也非常重要。

針對這個假設(shè)，該團(tuán)隊又設(shè)計了相應(yīng)的實(shí)驗。在論文中，研究一主要展示所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律，研究二和研究三則是來驗證這一猜想。

在研究二中，他們通過藥物將蜜蜂體內(nèi)的多巴胺信號阻斷，即對多巴胺受體進(jìn)行抑制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蜜蜂采集食物的頻率變慢了，且每一次采集往返的時間也有所延長。其中，總時間包括飛行時間和待在蜂巢里面的時間，實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)待在巢內(nèi)的時間延長，而飛行時間沒有太大變化，這說明多巴胺拮抗劑使得蜜蜂的采集欲望降低。

在研究三中，為進(jìn)一步研究多巴胺和食物欲望的關(guān)系，課題組設(shè)計了饑餓實(shí)驗，隨后發(fā)現(xiàn)蜜蜂饑餓到2個小時的時候，多巴胺明顯增高；但是到4個小時的時候，多巴胺水平并未升高。

這說明蜜蜂和人一樣，饑餓的時候?qū)ふ沂澄锏挠矔黾印Ｍ瑫r，該團(tuán)隊也通過正向激勵進(jìn)行驗證，即通過多巴胺激動劑提高多巴胺的濃度。期間采用了一個研究蜜蜂氣味學(xué)習(xí)記憶的模型，其類似于巴普洛夫的條件反射實(shí)驗。

蘇松坤表示，蜜蜂有非常好的氣味學(xué)習(xí)記憶能力，它們的氣味學(xué)習(xí)記憶能力比我們?nèi)祟愐獜?qiáng)得多。

在實(shí)驗中，他們先給蜜蜂一種氣味刺激，其實(shí)就是一種揮發(fā)性的化學(xué)物質(zhì)，然后用糖水觸碰它的觸角，它的吻和口器就會伸出來。借此他們發(fā)現(xiàn)，多巴胺的濃度和信號增強(qiáng)以后，蜜蜂對于食物相關(guān)的氣味學(xué)習(xí)記憶能力有所增強(qiáng)，這也讓多巴胺與食物欲望的關(guān)系得到驗證。

2022年4月28日，相關(guān)論文以《蜜蜂腦部瞬時激活的多巴胺信號調(diào)控食物欲望》為題發(fā)表。碩士研究生黃景南、張曌楠、封王江和趙元洪為共同第一作者，蘇松坤和法國圖盧茲第三大學(xué)教授馬丁·朱爾法教授為通訊作者。

此外，蘇松坤補(bǔ)充稱：“蜜蜂跳舞行為試驗季節(jié)性很明顯，一般在9月～12月，福建的秋季是最適宜開展蜜蜂跳舞行為試驗的時間，也就是外界蜜源少、秋高氣爽的時候，蜜蜂會很興奮地去采人工提供的糖水回巢跳舞?！?/p>

“對蜜蜂的舞蹈行為很著迷”

2005年，蘇松坤在德國維爾茨堡大學(xué)正式開始蜜蜂行為的研究，由于其博士時主要開展蜜蜂分子生物學(xué)的研究，他琢磨著把自己蜜蜂分子生物學(xué)的經(jīng)驗與德國行為研究的優(yōu)勢結(jié)合起來，開始了蜜蜂行為的分子基礎(chǔ)研究。在探究蜜蜂跳舞時，他發(fā)現(xiàn)蜜蜂腦部一些分子發(fā)生了很重要的變化。而本次論文則主要關(guān)注行為和神經(jīng)分子方面，即發(fā)現(xiàn)蜜蜂多巴胺激發(fā)食物欲望，通過一些藥物刺激來進(jìn)行研究。

即便本次論文已經(jīng)發(fā)表，但是對于分子具體如何工作，目前仍然不知道，而該團(tuán)隊也正進(jìn)行后續(xù)研究。蘇松坤說：“跳舞行為相關(guān)的試驗實(shí)際上很難做，因為一年里面大概只有二三個月的黃金時間。在其他時間，蜜蜂對于人工投喂的食物并不總是表現(xiàn)出跳舞行為，這一現(xiàn)象目前仍然無法解釋?！?/p>

據(jù)介紹，蘇松坤本科就讀于福建農(nóng)學(xué)院蜂學(xué)專業(yè)，當(dāng)時陰差陽錯以為能去讀食品科學(xué)（農(nóng)產(chǎn)品儲存與加工），結(jié)果通知書上卻是蜂學(xué)專業(yè)。

1993年3月，畢業(yè)實(shí)習(xí)時，他來到浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)，開始蜜蜂科學(xué)相關(guān)的研究，做蜂王漿高產(chǎn)蜂種的染色體研究時，他做得很認(rèn)真很刻苦很執(zhí)著，這被指導(dǎo)老師陳盛祿教授看在眼里，隨后他留在了浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)，真正開始蜂學(xué)的教學(xué)研究生涯。

“1993年8月，我到浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)入職報到，從那個時候開始，就真正地感覺自己這輩子要認(rèn)認(rèn)真真做蜜蜂了?！碧K松坤表示。

1993年～1995年，他到蜂場進(jìn)行基層鍛煉，養(yǎng)了一年多的蜜蜂。他說：“我記得自己在1994年一共養(yǎng)了1000多只蜂王，那段時間對我各個方面的幫助都很大，經(jīng)歷了養(yǎng)蜂周年生產(chǎn)的全過程，也是我印象最深刻的一年。夏天，我住在一個廢棄的豬圈里面，也就是現(xiàn)在的杭州東站附近，這讓我體驗到養(yǎng)蜂很辛苦，要養(yǎng)好蜜蜂很不容易。我的運(yùn)氣比較好，1995年以后，我回到學(xué)校，考上碩士，之后又攻讀了博士。2000年，我到意大利交流學(xué)習(xí)了3個多月，對我英語的幫助還是蠻大的，也讓我見識了國際先進(jìn)水平的現(xiàn)代養(yǎng)蜂技術(shù)，開拓了視野?！?/p>

其博士課題是中華蜜蜂蜂王漿主蛋白基因的克隆和生物信息學(xué)方面的研究。2004年博士畢業(yè)后，經(jīng)一位德國馬普所的朋友司提反·阿爾伯特博士推薦，認(rèn)識了德國維爾茨堡大學(xué)尤爾根·陶茨教授，尤爾根·陶茨教授對蘇松坤博士論文做蜂王漿主蛋白基因的研究很感興趣，尤爾根·陶茨教授邀請?zhí)K松坤博士于2005年去德國維爾茨堡大學(xué)訪問交流，并開展合作研究，該校蜜蜂社會行為研究實(shí)驗室最早由卡爾·馮·弗里斯的學(xué)生兼合作者馬丁·林道爾教授開創(chuàng)，是1973年諾貝爾獎獲得者。到德國以后，蘇松坤主要研究蜜蜂蜂群內(nèi)不同亞家系的工蜂的勞動分工課題，并開始對蜜蜂行為特別是舞蹈行為很著迷。

他回憶稱：“我在德國的時候也是非常的認(rèn)真，基本上沒怎么出去玩過，周末全泡在實(shí)驗室，著了迷似的地做實(shí)驗。派出的時候，潘云鶴校長說的話我印象還非常深刻。他說：‘你們除了到國外去學(xué)技術(shù)、做實(shí)驗以外，還要跟國外同行建立很好的合作關(guān)系，開闊你們的視野和朋友圈。’”

在德國，他結(jié)識了本次論文的合作者——著名的蜜蜂行為研究華人科學(xué)家、澳大利亞國立大學(xué)的張少吾教授，回國以后，蘇松坤對蜜蜂行為和分子的研究更是一發(fā)而不可收，并一直與張教授保持良好的合作研究關(guān)系。

蜜蜂行為也可啟迪人類發(fā)展

蘇松坤教授和學(xué)生

蜜蜂是非常典型的社會性昆蟲，蜜蜂個體離開群體便會無法生存，更不能完成繁衍后代的使命。人類也是社會性生物，所以蜜蜂的很多社會行為，對人類有著很好的啟迪作用，例如信息交流、化學(xué)通信、飛行導(dǎo)航、蜂群智慧、民主監(jiān)督、勞動分工、學(xué)習(xí)記憶、與自然相處的策略等。

從研究角度來講，蜜蜂也是研究社會行為和健康的模式生物。不僅如此，蜜蜂的授粉很重要，對于很多農(nóng)作物果蔬來說，如果沒有蜜蜂授粉，產(chǎn)量就會降低很多。據(jù)統(tǒng)計，蜜蜂授粉每年為我國增加3 0 4 1億元的經(jīng)濟(jì)價值。在野生生態(tài)環(huán)境中，通過授粉，蜜蜂還會把一株植物的基因帶到另外一株上，從而促進(jìn)同種植物不同植株間的基因交流，產(chǎn)生更多更好的基因組合后代，提高植物的果實(shí)和種子的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)植物的繁榮，為野生動物提供更豐富的食物，提高生物多樣性。

盡管蜜蜂確實(shí)是很好的經(jīng)濟(jì)動物，但是當(dāng)前社會對蜜蜂的認(rèn)識也很有限，這可能和科普不夠有關(guān)系。蘇松坤指出：“實(shí)際上，將綠化統(tǒng)一都變成草坪，對授粉昆蟲來說是不利的。我們國家越來越重視生態(tài)文明建設(shè)，包括生物多樣性和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，所以我相信蜜蜂會在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用，蜜蜂也會為人類健康貢獻(xiàn)更多更好的甜蜜和滋養(yǎng)?！?/p>

蘇松坤的微信昵稱中，有兩個字叫“蜂諾”，即蜜蜂的諾言，與蜜蜂的舞蹈語言不無關(guān)系，因為蜜蜂通過舞蹈告訴其它同伴真實(shí)的有價值的蜜源信息。

另據(jù)悉，蘇松坤也做蜜蜂遺傳育種、生物技術(shù)、基因編輯的研究，在研究跳舞行為的過程中，他發(fā)現(xiàn)一些和采集性狀有關(guān)的關(guān)鍵分子，需要進(jìn)一步的驗證和功能研究，可能在蜜蜂育種和養(yǎng)蜂生產(chǎn)上會有重要價值。爭取盡快做到既“頂天”，又“立地”的效果。

最后，蘇松坤總結(jié)稱，蜜蜂授粉的“月下老人”作用，對農(nóng)業(yè)的生態(tài)、增產(chǎn)效果似應(yīng)刮目相看。蜜蜂對人類非常重要，且不可替代。盡管論文發(fā)表在《科學(xué)》，但是蘇松坤覺得也只是發(fā)現(xiàn)了蜜蜂的一種行為而已。他認(rèn)為，后續(xù)可把蜜蜂作為一種研究多巴胺相關(guān)疾病的實(shí)驗動物，觀察多巴胺水平升高或阻斷以后的學(xué)習(xí)記憶、行為健康變化，比起猴子或其他用于做實(shí)驗的動物，成本要低很多，而且容易獲得。他說：“蜜蜂的數(shù)量很多，腦部也很容易進(jìn)行解剖和觀察研究，所以我覺得這項研究的重要科學(xué)價值還是在這里。”