蜜蜂舞蹈行為研究進(jìn)展

封王江, 張曌楠, 黃景南, 蘇松坤

(1.福建農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院(蜂學(xué)學(xué)院)，福建 福州 350002；2.圖盧茲第三大學(xué)生物與進(jìn)化多樣性實(shí)驗(yàn)室，法國 圖盧茲 31062)

蜜蜂是真社會(huì)性的模式動(dòng)物，更是重要的授粉昆蟲[1-2].在膜翅目昆蟲中，蜜蜂由于其獨(dú)一無二的舞蹈行為而備受研究者關(guān)注.蜜蜂舞蹈行為與食物源、蜂巢選址和蜂群狀態(tài)等信息傳遞密切相關(guān)[3-5].雖然蜜蜂可以通過跳舞傳遞新巢穴的位置信息或巢內(nèi)情況，但是這樣的舞蹈行為較少發(fā)生或較難被觀察到.本文重點(diǎn)綜述傳遞食物源信息的舞蹈行為，借助特制的蜜蜂觀察箱，研究人員能夠重復(fù)觀察這種傳遞食物源信息的舞蹈行為.蜜蜂舞蹈行為是確保蜂群高效、高質(zhì)采集食物的重要方式，能夠保證蜜蜂個(gè)體和整個(gè)蜂群的生存與延續(xù).有關(guān)蜜蜂舞蹈行為的出現(xiàn)時(shí)間，至今仍沒有定論.結(jié)合大蜜蜂(Apisdorsata)、小蜜蜂(A.florea)、西方蜜蜂(A.mellifera)、東方蜜蜂(A.cerana)和無刺蜂(Melipona)等蜂種舞蹈行為的研究和目前已經(jīng)尋找到的蜜蜂化石，研究人員發(fā)現(xiàn)蜜蜂舞蹈行為出現(xiàn)的時(shí)間可能早于蜜蜂屬的起源時(shí)間[6].1967年，Von Frisch[7]較為詳細(xì)地闡釋了蜜蜂舞蹈行為所傳遞的信息，最突出的成果是破譯了蜜蜂舞蹈行為所指示的食物源方向和距離信息.有人提出食物源信息是通過氣味傳遞的[8].然而，該猜想很難解釋在不同距離和方向存在相同氣味食物的情況下，伴隨蜂如何精確定位跳舞蜂所指示的食物源位置.借助攝像機(jī)、機(jī)械蜜蜂、微型雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)等設(shè)備和技術(shù)，研究人員再次證實(shí)了Von Frisch的發(fā)現(xiàn)，即蜜蜂是通過舞蹈行為傳遞食物源信息的[9-10].

蜜蜂舞蹈行為是否發(fā)生以及如何發(fā)展受到諸多因素的影響，不僅有外部環(huán)境的影響，還有蜜蜂個(gè)體和蜂群相互作用的影響.其中，蜜蜂對食物源收益性(food source profitability)的評估主要是指蜜蜂對食物相對價(jià)值的評估，是影響蜜蜂舞蹈行為發(fā)生以及跳舞“活潑”程度的重要因素[11].目前，大多數(shù)研究蜜蜂舞蹈行為的試驗(yàn)均使用糖水吸引蜜蜂采集，而后在蜜蜂觀察箱處觀察并記錄蜜蜂的跳舞情況，在此過程中需要盡可能地控制其他變量對蜜蜂的影響.蜜蜂舞蹈行為的行為學(xué)主要關(guān)注的是蜜蜂舞蹈的外在行為表現(xiàn)所代表的含義；蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)生物學(xué)主要關(guān)注的是與蜜蜂舞蹈有關(guān)的腦部神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)遞質(zhì)的變化；蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)組學(xué)則主要關(guān)注與蜜蜂舞蹈有關(guān)的DNA、RNA和蛋白質(zhì)等的變化.本文從行為學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和神經(jīng)組學(xué)層面綜述蜜蜂舞蹈行為的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制，為深入研究蜜蜂舞蹈行為提供依據(jù).

1 蜜蜂舞蹈行為表現(xiàn)

蜜蜂舞蹈行為，也被稱作蜜蜂“舞蹈語言”或舞蹈通訊，是其特有的一種符號(hào)交流方式，主要起到傳遞食物源信息的作用[5].從行為學(xué)角度來看，蜜蜂舞蹈是跳舞蜂將飛行和采集過程的信息整合并轉(zhuǎn)化為舞蹈的一種行為，伴隨蜂根據(jù)舞蹈行為解碼食物源信息.蜜蜂傳遞食物源信息時(shí)的舞蹈行為表現(xiàn)主要有圓舞(round dance)和擺尾舞(waggle dance)(圖1)[12]，這兩種舞蹈形式主要見于西方蜜蜂和東方蜜蜂[7].圓舞是采集蜂返巢后的表現(xiàn)形式之一，其會(huì)在巢脾上一會(huì)兒向左轉(zhuǎn)圈，一會(huì)兒向右轉(zhuǎn)圈，交替進(jìn)行.圓舞傳遞的信息是食物源在蜂巢周圍50 m以內(nèi)的位置，該行為不能準(zhǔn)確傳遞食物源的距離和方向信息[13].當(dāng)食物源的距離超過100 m時(shí)，蜜蜂會(huì)跳擺尾舞，即采集蜂會(huì)在巢脾上先往一個(gè)方向跑出一條直線并伴有擺尾動(dòng)作，然后往某一個(gè)方向跑出一個(gè)半圓回到起始位置，之后沿著剛剛的直線繼續(xù)擺尾前行，然后往另一個(gè)方向跑出一個(gè)半圓回到起始位置，從而形成一個(gè)類似于“8”字的軌跡，之后會(huì)重復(fù)這一系列動(dòng)作直到舞蹈結(jié)束[14].擺尾舞不僅可以傳遞食物源的距離和方向，還可以傳遞食物源的氣味和收益性[15-16].食物源的距離是通過一定時(shí)間內(nèi)擺尾階段的擺尾次數(shù)表示的；食物源的方向則表示為垂直的巢脾上擺尾階段的擺尾前進(jìn)方向與重力線的夾角，這是相對于食物源方向與太陽方向的夾角；食物源的氣味是通過跳舞時(shí)蜜蜂之間的觸角接觸傳遞的[17]；食物源的收益性則是通過擺尾階段的擺尾頻率表示的，即食物越豐富，擺尾頻率越高[18].

圖1 蜜蜂的圓舞和擺尾舞[12]Fig.1 Round dance and waggle dance of honey bee

目前，關(guān)于食物源距離、方向和質(zhì)量等信息在蜜蜂舞蹈行為中是如何以符號(hào)表征(symbolic representation)的，已經(jīng)有很多研究，但是，蜜蜂舞蹈行為是如何產(chǎn)生的，這個(gè)問題仍未明確.食物刺激(food stimuli)與行為反應(yīng)(behavioral responses)的關(guān)系早已得到證明[19].在自然環(huán)境或試驗(yàn)條件下，蜜蜂采集返巢后主要根據(jù)食物源的收益性等信息決定是否跳舞.在圓舞中，食物源收益性與舞蹈持續(xù)時(shí)間、轉(zhuǎn)圈數(shù)和轉(zhuǎn)圈速度呈正相關(guān)[20]；在擺尾舞中，擺尾階段的持續(xù)時(shí)間和速度也隨著食物源收益性的增加而增加[18,21].一段時(shí)間的采集經(jīng)歷會(huì)影響蜜蜂對食物相對質(zhì)量的評估，進(jìn)而調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的發(fā)生[22].如在持續(xù)的采集過程中，面對突如其來的變化，蜜蜂會(huì)根據(jù)過往的采集經(jīng)驗(yàn)判斷是否繼續(xù)跳舞招募同伴前往食物地點(diǎn)，這種機(jī)制能夠確保整個(gè)蜂群的安全、高效采集[23].因此，在一定時(shí)間內(nèi)，人為改變糖水濃度，或許可以連續(xù)調(diào)控蜜蜂的舞蹈行為.

2 影響蜜蜂舞蹈行為的因素

以蜂巢為界，蜜蜂的舞蹈行為主要受到外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境的影響.

2.1 外部環(huán)境因素

(1)食物的數(shù)量和質(zhì)量.當(dāng)外界蜜粉源稀疏分散時(shí)，采集蜂返巢后跳舞的概率較低[24].蜜粉源的質(zhì)量會(huì)影響蜜蜂是否跳舞以及跳舞的積極性，質(zhì)量因素包括花蜜的濃度和甜度、花粉的顆粒大小和黏度以及采集難易程度等[21,25-26].如高濃度的花蜜會(huì)增加蜜蜂的采集次數(shù)和采集量，使得采集蜂通過跳舞招募同伴前往食物地點(diǎn)，且跳舞持續(xù)時(shí)間更久、舞蹈活動(dòng)更劇烈[18].(2)食物的距離.通常情況下，蜜蜂更傾向于采集距離蜂巢較近的食物[27].當(dāng)食物源與蜂巢的距離不同時(shí)，蜜蜂會(huì)通過不同的舞蹈形式指示食物的位置.(3)捕食者的風(fēng)險(xiǎn).蜜蜂的捕食者較多，如胡蜂、蟾蜍和熊等，它們會(huì)取食蜜蜂或蜂蜜，嚴(yán)重時(shí)毀壞整個(gè)蜂群[28].蜜蜂在采集過程中一旦遭遇捕食者，就會(huì)舍棄食物地點(diǎn),更不會(huì)發(fā)生跳舞行為[21].(4)天氣的變化.在外出采集食物的過程中，蜜蜂需要借助太陽、偏振光、重力、磁場和地標(biāo)等定位食物源[29-31].惡劣天氣會(huì)影響蜜蜂外出采集時(shí)的食物源定位，同時(shí)伴有無法返巢的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而降低蜜蜂采集和跳舞的概率[32].(5)農(nóng)藥的使用.農(nóng)藥的廣泛使用不僅會(huì)損傷蜜蜂的神經(jīng)系統(tǒng)，還會(huì)極大地增加蜜蜂的死亡率.與采集正常糖水的跳舞蜂相比，采集含有亞致死劑量溴氰菊酯(deltamethrin)的糖水后,跳舞蜂舞蹈行為中每15秒內(nèi)的轉(zhuǎn)圈數(shù)、舞蹈的夾角度數(shù)和轉(zhuǎn)身速度顯著增加[33],說明溴氰菊酯會(huì)影響跳舞蜂對食物源信息傳遞的準(zhǔn)確性.

2.2 內(nèi)部環(huán)境因素

(1)巢內(nèi)食物貯存量.在巢內(nèi)空間有限的情況下，蜜蜂需要平衡產(chǎn)卵和食物存儲(chǔ)的需要，當(dāng)巢內(nèi)食物充足時(shí)，巢內(nèi)蜜蜂更愿意接受高質(zhì)量的食物，進(jìn)而影響采集蜂的采集和跳舞行為[34].(2)蜂群群勢.正常蜂群內(nèi)采集蜂占整個(gè)蜂群蜜蜂數(shù)量的5%～35%[35].強(qiáng)群里面采集蜂數(shù)量更多，意味著找到高質(zhì)量食物源的概率更大，跳舞蜂數(shù)量和跳舞的次數(shù)也更多.(3)蜜蜂采集返巢后的伴隨情況.蜜蜂在跳舞時(shí)，伴隨蜂會(huì)分布在跳舞蜂周圍，用觸角與跳舞蜂接觸，同時(shí)伴有交哺行為，即蜜蜂之間通過口對口交換食物.伴隨蜂數(shù)量越多，接收食物的速度越快，反映了伴隨蜂傾向于接收這種食物，進(jìn)而促使蜜蜂采集和跳舞次數(shù)增加[36].(4)巢內(nèi)病蟲害情況.蜜蜂巢內(nèi)病蟲害主要有真菌病、細(xì)菌病、病毒病和寄生蟲害等[37].當(dāng)蜂群內(nèi)部病蟲害嚴(yán)重時(shí)，蜜蜂會(huì)減少外出采集和跳舞次數(shù)，甚至棄巢飛逃，尋找新的巢穴[38].

3 蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)生物學(xué)研究

蜜蜂觸角、復(fù)眼和單眼等分別接收不同的外界刺激信息，蘑菇體(mushroom bodies)負(fù)責(zé)輸入信息的整合[39]；同時(shí)，腦部神經(jīng)遞質(zhì)參與介導(dǎo)信息的傳遞，從而調(diào)控蜜蜂舞蹈行為[40].蜜蜂腦部活動(dòng)與舞蹈行為有著密不可分的關(guān)系，從神經(jīng)生物學(xué)的角度探究與舞蹈行為有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)遞質(zhì)，有助于進(jìn)一步理解蜜蜂舞蹈行為的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制.

3.1 腦神經(jīng)在蜜蜂舞蹈行為中的作用

蜜蜂舞蹈行為是諸多感官輸入信息經(jīng)加工和整合后呈現(xiàn)的結(jié)果，在漫長的進(jìn)化過程中，蜜蜂感覺器官和神經(jīng)系統(tǒng)不斷適應(yīng)外部環(huán)境的變化，并調(diào)節(jié)蜜蜂的行為.其中，蜜蜂腦起著傳遞、加工和整合外界刺激信息的作用.蜜蜂腦主要由蘑菇體、中央體(central bodies)、視葉(optic lobes)和觸角葉(antennal lobes)等部分組成[41-42].蘑菇體是蜜蜂腦的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)加工和整合多個(gè)感官輸入的感覺信息，如嗅覺、味覺、聽覺和視覺等信息，與蜜蜂的學(xué)習(xí)和記憶活動(dòng)有關(guān)[43].喙伸反應(yīng)(proboscis extension response, PER)是檢驗(yàn)蜜蜂氣味學(xué)習(xí)和記憶的重要方式，試驗(yàn)證明蜜蜂能夠在較短時(shí)間內(nèi)(約200 ms)辨別已習(xí)得的氣味[44].一方面,蜜蜂腦部存在快速的氣味信息處理系統(tǒng);另一方面,蜜蜂具有高超的氣味學(xué)習(xí)和記憶能力，使得蜜蜂能夠準(zhǔn)確地傳遞食物源的信息.中央體主要參與食物源的方向定位，與空間定向和飛行導(dǎo)航有關(guān)[45].蜜蜂視葉外連1對復(fù)眼和3只單眼，視葉主要負(fù)責(zé)傳遞復(fù)眼接收到的外部視覺信息，如太陽的方位、光流、偏振光和地標(biāo)等，其中，復(fù)眼背部邊緣區(qū)域能夠感知偏振光，而單眼主要感受光強(qiáng)[46-47].觸角葉主要接收來自于觸角上的嗅覺神經(jīng)元傳遞的氣味信息[48]，觸角還參與感知由腹部擺動(dòng)和翅膀振動(dòng)產(chǎn)生的方向和距離信息[49].

3.2 神經(jīng)遞質(zhì)在蜜蜂舞蹈行為中的作用

神經(jīng)遞質(zhì)是具有信號(hào)傳遞功能的化學(xué)物質(zhì)，主要包括膽堿類、氨基酸類、神經(jīng)肽(neuropeptide)類和單胺類等，在刺激和行為反應(yīng)中起著介導(dǎo)信號(hào)的作用[50].乙酰膽堿是昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)[51].吡蟲啉(imidacloprid)是一種煙堿類乙酰膽堿受體激動(dòng)劑，可以介導(dǎo)膽堿能突觸的信號(hào)傳遞，會(huì)對蜜蜂的嗅覺學(xué)習(xí)和記憶造成損害[52].使用亞致死劑量的吡蟲啉會(huì)影響蜜蜂對蔗糖的反應(yīng)和減少蜜蜂返巢后的擺尾舞次數(shù)[53].

目前，在蜜蜂中研究較多的氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)主要為谷氨酸和γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA),它們分別為興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，與蜜蜂的嗅覺學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)[54-55].研究還發(fā)現(xiàn),谷氨酸門控氯離子通道(glutamate-gated chloride channels, GluCls)會(huì)介導(dǎo)蜜蜂腦部的抑制性電流[56].谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的催化作用下可以生成GABA[57].這兩種氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)在蜜蜂舞蹈行為中發(fā)揮的作用尚不可知，所以有必要檢測跳舞蜂與非跳舞蜂腦部谷氨酸和GABA表達(dá)水平的差異.

神經(jīng)肽通過作用于G蛋白偶聯(lián)受體影響神經(jīng)元活動(dòng),繼而影響個(gè)體的生理變化和行為反應(yīng)[58].神經(jīng)肽與蜜蜂工蜂的社會(huì)行為調(diào)節(jié)、王漿分泌和采集行為有關(guān)[59].目前，針對蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)肽研究缺乏，通過定量多肽組學(xué)、質(zhì)譜、同位素標(biāo)記等分子手段，比較研究跳舞蜂與非跳舞蜂的腦部神經(jīng)肽差異表達(dá)情況，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某些參與調(diào)控舞蹈行為的特有神經(jīng)肽.

生物胺在昆蟲腦中可以起到神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)和神經(jīng)激素的作用[40,60].研究表明，章魚胺與蜜蜂的舞蹈行為有關(guān)，使用章魚胺受體拮抗劑米安色林(mianserin)對跳舞蜂進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)其會(huì)影響跳舞蜂的舞蹈活力和轉(zhuǎn)圈數(shù)，這兩個(gè)因素與食物源的相對價(jià)值有關(guān)，即章魚胺會(huì)影響跳舞蜂對食物源相對價(jià)值的傳遞[61].研究表明，章魚胺與昆蟲的獎(jiǎng)勵(lì)性學(xué)習(xí)有關(guān)，多巴胺與昆蟲的懲罰性學(xué)習(xí)有關(guān)[62].這與“多巴胺與哺乳動(dòng)物的獎(jiǎng)勵(lì)性學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)”的報(bào)道[63-64]形成了明顯差異.對黑腹果蠅(Drosophilamelanogaster)的研究表明，蘑菇體中的多巴胺能信號(hào)也參與獎(jiǎng)勵(lì)性學(xué)習(xí)過程[65-67].通過高靈敏度的放射酶技術(shù)和高效液相色譜技術(shù)已經(jīng)證實(shí)蜜蜂腦部多巴胺水平高于章魚胺[68].多巴胺是動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與蜜蜂的學(xué)習(xí)、記憶和覓食有關(guān).目前，多巴胺受體基因Amdop1、Amdop2、Amdop3和多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體基因Amdat已在蜜蜂腦中被發(fā)現(xiàn)[69-72].通過檢測跳擺尾舞的蜜蜂、伴隨蜂、靜息蜂腦部的多巴胺水平發(fā)現(xiàn)：跳擺尾舞的蜜蜂腦部多巴胺和多巴胺代謝產(chǎn)物N-β-丙酰多巴胺(N-β-alanyldopamine, NBAD)水平顯著高于伴隨蜂；而在給蜂群喂食多巴胺前體物質(zhì)二羥基苯丙氨酸(dihydroxy-phenylalanine, DOPA)后，跳舞蜂的數(shù)量增加[73].由此可見，蜜蜂腦部多巴胺的增加可能可以驅(qū)動(dòng)舞蹈行為的發(fā)生.然而，上述試驗(yàn)的取樣方法存在不足，實(shí)驗(yàn)人員使用抽吸裝置從蜂巢表面吸取蜜蜂，之后用二氧化碳對其進(jìn)行短暫的麻醉，這些操作極有可能使得蜜蜂腦部多巴胺含量發(fā)生變化.用鑷子將蜜蜂快速抓入液氮中凍斃的方法更有利于結(jié)果的準(zhǔn)確性.此外，生物胺的激動(dòng)劑和拮抗劑可以通過飼喂法、點(diǎn)滴法和注射法等多種途徑進(jìn)入跳舞蜂體內(nèi)，以此觀察跳舞蜂的舞蹈行為以及體內(nèi)生物胺的變化情況[74].在昆蟲體內(nèi)，酪氨酸經(jīng)酪氨酸脫羧酶催化產(chǎn)生酪胺，酪胺又經(jīng)酪胺-β-羥化酶催化生成章魚胺；而酪氨酸在酪氨酸羥化酶的作用下會(huì)生成左旋多巴，左旋多巴經(jīng)多巴脫羧酶作用產(chǎn)生多巴胺[75].因此，在研究與蜜蜂舞蹈行為有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)時(shí)有必要檢測跳舞蜂腦部的酪氨酸含量.除了章魚胺和多巴胺以外，其他的生物胺也可能會(huì)參與調(diào)控蜜蜂的舞蹈行為，未來需要加強(qiáng)對跳舞蜂腦部其他生物胺的檢測與分析.

綜上所述，蜜蜂腦部有多種神經(jīng)遞質(zhì)參與調(diào)控其舞蹈行為.化學(xué)連接組(chemoconnectome)是指動(dòng)物化學(xué)傳遞中的全部神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)、神經(jīng)肽及其受體；化學(xué)連接組學(xué)已經(jīng)被應(yīng)用于果蠅的研究，該方法可以系統(tǒng)研究認(rèn)知和行為基礎(chǔ)上的化學(xué)傳遞介導(dǎo)的神經(jīng)信號(hào)通路[76].舞蹈行為的發(fā)生是神經(jīng)回路或環(huán)路里多種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)介導(dǎo)神經(jīng)信號(hào)產(chǎn)生的結(jié)果，借助化學(xué)連接組學(xué)方法以及基因編輯技術(shù)，可以更加全面地解析蜜蜂舞蹈行為的潛在神經(jīng)調(diào)控機(jī)制.

4 蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)組學(xué)研究

食物刺激的作用伴隨著相應(yīng)的行為表現(xiàn)和腦部神經(jīng)系統(tǒng)的變化，同時(shí)，腦部的某些DNA、RNA和蛋白質(zhì)等也會(huì)隨之發(fā)生變化.不同行為狀態(tài)下蜜蜂腦部的基因、mRNA和非編碼RNA(ncRNA)是存在差異表達(dá)的[77-78].2006年，西方蜜蜂全基因組測序完成，這為在基因水平上研究蜜蜂舞蹈行為提供了途徑[79].目前，有關(guān)蜜蜂舞蹈行為的組學(xué)研究主要集中在基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)方面[59].基因組學(xué)研究主要是對跳舞蜂進(jìn)行全基因組測序與分析，從而找到參與調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的候選基因.轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究則是從RNA水平上檢測與蜜蜂舞蹈行為相關(guān)的基因表達(dá)情況.神經(jīng)組學(xué)是使用測序技術(shù)從組學(xué)的角度探究特定行為狀態(tài)下與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的DNA、RNA和蛋白質(zhì)等的變化情況[59].因此，通過神經(jīng)組學(xué)研究可以更加深入地了解調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的分子機(jī)制，從而進(jìn)一步剖析其舞蹈行為發(fā)生和發(fā)展的機(jī)理.

微陣列分析表明，表現(xiàn)出振動(dòng)信號(hào)行為的蜜蜂和未表現(xiàn)出振動(dòng)信號(hào)行為的蜜蜂的腦部基因表達(dá)模式存在較大差異，該研究證實(shí)了蜜蜂中與通訊信號(hào)相關(guān)的神經(jīng)基因組腦狀態(tài)[80].振動(dòng)信號(hào)通訊(vibration signal communication)表現(xiàn)為一只蜜蜂用前足抓住另一只蜜蜂，然后以一種特有的行為方式使其身體背腹快速振動(dòng)1～2 s，此類通訊方式可以促使信號(hào)接收者增加不同的行為活動(dòng)，如采集、哺育、分蜂等[81-82].但是，該行為表現(xiàn)與蜜蜂舞蹈行為不同，蜜蜂舞蹈行為具有獨(dú)特性和復(fù)雜性，更具備信息傳遞或交流的特質(zhì).比較跳舞蜂和非跳舞蜂的腦部神經(jīng)基因組，有可能找到與蜜蜂舞蹈行為相關(guān)的候選基因.

蜜蜂屬(Apis)中不同蜜蜂的“舞蹈語言”存在“方言”現(xiàn)象，即蜜蜂屬中的不同種跳舞蜂展現(xiàn)食物源方向和距離信息的行為存在差異[83-84].例如：西方蜜蜂、東方蜜蜂和大蜜蜂都是在垂直的巢脾上跳舞，以重力線作為確定食物源方向的參考；小蜜蜂是在開放的水平巢脾上跳舞，無重力線作為參考且無聲音線索[85-86].本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，中華蜜蜂(A.cerana)伴隨蜂能夠解碼意大利蜜蜂(A.melliferaligustica)跳舞蜂的舞蹈行為并成功定位其所指示的食物地點(diǎn)[87].蜜蜂舞蹈行為上的差異可能會(huì)體現(xiàn)在腦部基因表達(dá)上.Moushumi et al[88]對西方蜜蜂、大蜜蜂和小蜜蜂的跳舞蜂的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的蘑菇體、視葉、中央體和第二胸神經(jīng)節(jié)進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種蜜蜂跳舞蜂的蘑菇體中的基因表達(dá)譜顯示出最大的差異，而中央體和第二胸神經(jīng)節(jié)的基因表達(dá)譜展現(xiàn)出相似性，并且許多基因的表達(dá)與新陳代謝和能量生成有關(guān).該研究說明不同蜂種之間特有基因表達(dá)的差異可能反映了其舞蹈行為的差異.但是，該研究并未找到真正參與調(diào)控舞蹈行為發(fā)生和發(fā)展的基因，以后可以通過神經(jīng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究這個(gè)問題.

本課題組利用Solexa測序技術(shù)研究了西方蜜蜂采集蜂和跳舞蜂的microRNA及其表達(dá)圖譜的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)部分microRNAs的表達(dá)在采集蜂和跳舞蜂之間存在顯著差異，表明某些microRNAs，如ame-miR-278和ame-miR-282，可能通過影響相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控蜜蜂的舞蹈行為[89].該研究不僅找到了部分可能參與調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的microRNAs，還為研究者從非編碼RNA的角度解讀蜜蜂舞蹈行為提供了思路；但是，該研究將蜜蜂頭部用于測序分析，蜜蜂頭部不僅包括腦、王漿腺、唾液腺，還包括復(fù)眼色素、幾丁質(zhì)外殼和剛毛等，導(dǎo)致無法精確找到腦中與蜜蜂舞蹈行為有關(guān)的microRNAs.

以上關(guān)于蜜蜂舞蹈行為的神經(jīng)組學(xué)研究主要集中在基因、mRNA和microRNA方面，尚無有關(guān)長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的報(bào)道.lncRNA一般指不具有蛋白編碼能力、轉(zhuǎn)錄本長度超過200 nt的RNA，在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后階段參與基因表達(dá)的調(diào)控，其生物學(xué)功能具有多樣性，能夠與DNA、RNA和蛋白質(zhì)互作發(fā)揮功能[90].除了通過信號(hào)(signals)、誘餌(decoys)、向?qū)?guides)或支架(scaffolds)等方式調(diào)控目標(biāo)基因的表達(dá)外，lncRNA還可以通過反義(antisense)、順式(cis)或反式(trans)機(jī)制與目標(biāo)基因進(jìn)行交互作用，從而影響目標(biāo)基因的表達(dá)[91].lncRNA的表達(dá)還具有組織特異性和時(shí)空特異性，其在不同組織中的表達(dá)量是不同的，且在同一組織處于不同狀態(tài)時(shí)表達(dá)量也不同[92].相比于非跳舞蜂，跳舞蜂經(jīng)歷了一個(gè)較為劇烈的反應(yīng)過程，因此兩者腦部某些lncRNA可能存在差異表達(dá).目前，昆蟲中已有大量的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)和研究[93].研究表明，lncRNA-yar與果蠅睡眠行為有關(guān)[94]，lncRNA-CRG與果蠅運(yùn)動(dòng)行為有關(guān)[95]，lncRNA-Sphinx與果蠅求偶行為有關(guān)[96].學(xué)者們在蜜蜂中也發(fā)現(xiàn)了一些lncRNAs:Nb-1與蜜蜂工蜂的勞動(dòng)分工有關(guān)[97]；Ks-1可能與蜜蜂腦部神經(jīng)功能的調(diào)控有關(guān)[98]；AncR-1在蜜蜂腦、生殖器官和咽下腺等組織中都有表達(dá)，說明其參與調(diào)節(jié)多個(gè)組織的活動(dòng)[99]；Kakusei與蜜蜂的采集行為有關(guān)[100].Liu et al[101]通過RNA測序技術(shù)探究了lncRNAs在蜜蜂從哺育蜂到采集蜂行為轉(zhuǎn)變中的作用.因此，比較分析跳舞蜂和非跳舞蜂腦部的lncRNA表達(dá)圖譜，再通過lncRNA與mRNA的關(guān)聯(lián)分析，能夠找到可能參與調(diào)控蜜蜂舞蹈行為的lncRNAs.此外，競爭性內(nèi)源RNA (competitive endogenous RNA, ceRNA)假說提出，mRNAs、lncRNAs、假基因(pseudogenes)和環(huán)狀RNAs(circular RNAs, circRNAs)可以通過microRNA響應(yīng)元件(microRNA response element, MREs)競爭性地結(jié)合microRNA，揭示了RNA相互作用的一種機(jī)制[102].將來，通過ceRNA分析能夠從非編碼RNA的角度更加全面地解析蜜蜂舞蹈行為的分子機(jī)制.

5 總結(jié)

蜜蜂舞蹈行為是一種極其復(fù)雜且具有研究意義的通訊方式.在跳舞行為發(fā)生之前，跳舞蜂需要整合多方面的信息，不僅包括飛行過程中輸入的信息(如光流、地標(biāo)和太陽的方位)和取食過程中的食物源收益性和風(fēng)險(xiǎn)評估(如食物的質(zhì)量、距離和是否有捕食者等)，還有返巢后伴隨蜂的反應(yīng)(如伴隨蜂的數(shù)量、接收食物的積極性和速度等).蜜蜂舞蹈行為的表現(xiàn)已被很好地解讀，然而，控制舞蹈行為的“開關(guān)”仍不清楚.雖然已知部分神經(jīng)遞質(zhì)在舞蹈行為中發(fā)揮作用，但是具體的作用機(jī)制尚不明晰；與舞蹈行為相關(guān)的DNA、RNA和蛋白質(zhì)是如何影響舞蹈行為的，目前所掌握的相關(guān)信息也較少.在未來的研究中，不論是儀器的更廣泛應(yīng)用，如共聚焦顯微鏡、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、核磁共振成像儀等，還是技術(shù)的更大突破，如基因編輯、測序和神經(jīng)生物學(xué)技術(shù)等，都有助于進(jìn)一步揭示蜜蜂舞蹈行為發(fā)生和發(fā)展的分子和神經(jīng)機(jī)制，并能夠?yàn)檠芯縿?dòng)物通訊提供新的思路.