蜜蜂衛生行為機制：死亡指令

吳迪 李志勇 王志│編譯

吉林省養蜂科學研究所

圖1 蜜蜂、螞蟻和白蟻所表現出的社會免疫行為

社會免疫是一種在昆蟲進化中具有古老淵源的，使群體集體抗病的利他行為。螞蟻、白蟻和蜜蜂都表現出某些形式的社會免疫行為（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，當然，還有蜜蜂會把它們的死蟲和病蟲拖到巢門口。在以前的文獻中，Randy Oliver和Keith Delaplane在蜜蜂社會免疫方面做了一項出色的研究，所以現在我們都知道，為什么蜜蜂對蜂螨破壞這種敏感的衛生行為和自身清潔行為是有益的。蜜蜂們如何決定哪些蟲需要被移除，哪些蟲不需要？又是通過什么來檢測？這些機制在進化上是保守的嗎？以上這些課題引起科學家們的廣泛關注，很多實驗相繼開展，其中包括我正在發表的一項研究，這些空白領域終于開始被填補。

首先，一個簡短的歷史：美國著名的昆蟲學家E.O.Wilson曾提出“搬尸行為”這個術語來描述螞蟻如何系統地將它們同伴的尸體從巢穴中搬離出去。早在上世紀50年代，他就發現將一種油酸涂抹到無生命物體上會刺激其他螞蟻把這些物體搬離它們，將其運送到糞堆或垃圾堆。后來，他發現即使這種物質被應用到仍然活蹦亂跳的活著的螞蟻上，這種情況依然成立。而且從那時起，這種油酸就已被蟻群公認為是一種引起搬尸行為的類似腐敗物質或者是產生腐敗物質的“死亡指令”。這種油酸非常粘稠（如橄欖油），它的氣味不會在空氣中傳播，但是螞蟻通常會通過肩膀和觸角的碰觸來感應，所以油性的死亡信息仍然很容易在蟻群中傳播。現在人們普遍認為這是一種“死亡提示”，即這種粘性物質暗示著昆蟲的死亡，從而觸發了其被搬離。然而，這還沒有解釋為什么這種行為發生在那些沒有死亡太久、還不足以產生死亡提示信息的個體上。如此一來，“生命跡象”假說被提出，這個假說的觀點是：一個可識別的生命體征發生變化的時間比死亡提示的產生要快得多。我們仍然不知道哪個說法更正確，但就像大多數事情一樣，事實可能是兩者的結合。

不過蜜蜂的社會免疫行為比螞蟻要更難一些，因為它有蜂巢這個物理屏障，把工蜂和它們想要監控的幼蟲分開了。研究人員推測，由于沒有直接接觸的便利，刺激蜜蜂產生衛生行為（蜜蜂中的搬尸行為）的氣味一定比在螞蟻和白蟻中發現的油性物質更容易揮發。2009年，Swanson等人在Marla Spivak（培育并推廣了明尼蘇達衛生行為蜜蜂品系）的監督下，通過識別從白堊病中釋放的氣味（這種氣味可以引起衛生行為），奠定了現階段的成就。在蜜蜂的疾病特異性氣味方面，還有很多其他研究，但是他們第一個證明了是氣味實際上誘導了行為。他們識別出的化合物符合相應要求：這些化合物非常容易揮發，完全可以透過巢房蓋并警示那些監督的工蜂。然而，并不是所有疾病都有如此直接的信號反應。

Mondet等人最近發現，與正常幼蟲相比，那些感染了瓦螨能誘發衛生行為的幼蟲，會釋放出更多育幼酯信息素(BEP)。據我所知，這是第一次表明，幼蟲信息素的偏差可能會有助于蜂群的社會免疫，而非一些特異性疾病信號。雖然之前沒有提出過這個觀點，但這個想法很直觀：可以通過信息素信號來細微調控蜂群的功能，那么為什么衛生行為會有不同呢？在我自己的研究中，收集到的證據表明，BEP并不是唯一的信息素。

最近一直在開展一項研究任務，從被冷凍殺死的幼蟲中識別潛在的衛生行為刺激氣味。研究凍死幼蟲可能沒有研究一種真正的疾病更有生物學意義，然而由于它是衛生行為選擇育種的主要方法，它很可能會釋放誘導繁殖衛生行為的氣味。并且以這種方式選擇培育的蜜蜂也能夠瞄準真正的疾病（包括白堊病和蜂螨），所以凍死蜜蜂幼蟲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（結果發表于一篇審稿中的科學報告，可在www.biorxiv.org獲得），我發現另一種幼蟲信息素(β-ocimene)和油酸(見：螞蟻死亡指令)是由冷凍致死的幼蟲釋放出來的。然而，當我們測試這些氣味如何刺激蜜蜂觸角的時候，我們發現只有β-ocimene會因為劑量不同而對觸角產生不同的刺激反應，而油酸對它們根本沒有刺激反應。

β-ocimene特別耐人尋味，這種信息素被認為可以促進工蜂對幼蟲巢房的訪問，因此，通過將注意力集中到那些原本不需要注意的封蓋幼蟲上，信息素可能是一個非常有效的警報信號。作為第二種與衛生行為有關的幼蟲信息素，β-ocimene支持了一種觀點，即存在一種更廣泛的調節社會免疫的信息素模式。我們之前已經了解這并不一定適合白堊病，所以這種觀點也許不是對所有疾病都適用。我懷疑這可能也不適用于美洲幼蟲病，因為美洲幼蟲病產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，還有我懷疑病毒感染，信息素提示信號可能是引起衛生行為的關鍵。

然而，油酸卻給我帶來了悲傷。一方面，有幾條強有力的證據表明這是一種良好的衛生行為誘導者：第一，我們已經知道它在其他社會性昆蟲中起到了很好的作用；第二，我發現不同日齡幼蟲和不同蜂群的幼蟲凍死后都釋放出大量油酸。油酸在螞蟻和白蟻物種的進化過程中是保守的，如果油酸與蜜蜂的行為有關聯，那當然是有意義的。但是它變得更先進了：我們從以前的研究了解到，蜜蜂依賴氣味結合蛋白來檢測氣味，與正常蜜蜂相比，有衛生行為的蜜蜂具有明顯更多的氣味結合蛋白。這些氣味結合蛋白被認為將氣味分子從觸角氣孔輸送到嗅覺神經元，這是大腦信號識別的必要條件。我們獲知，油酸是那些氣味結合蛋白最強的配體之一（與一種分子結合構成復合物，具有生物學功能）。然而另一方面，在我們的實驗中，油酸對蜜蜂觸角似乎并沒有產生刺激作用，這大概是因為它的揮發性如此之低的緣故。

這種非揮發性化合物可以引發蜜蜂衛生行為的觀點與傳統觀點背道而馳，但我們并不是第一個發現與疾病相關的非揮發性物質的人。例如，在被確定為清除對象的受瓦螨感染的蜜蜂巢房中，就發現了大量被稱為“p32”的化合物。對于油酸沒有刺激蜜蜂觸角的原因也有一些合理的解釋：蜂箱內的溫度比我們進行實驗的房間環境溫度高23℉(10℃)，這將使蜂箱內空氣中的油酸濃度升高，從而產生有效的刺激濃度，或許接下來我們需要加大油酸劑量來實現有效的測試效果。

圖2 假想衛生機制，包括蜂子信息素和非揮發性化合物

這就使我進入了一個死循環，又回到了之前的“死亡提示”、“生命跡象”假說。在我們冷凍幼蟲的實驗中，我們發現了一個死亡提示信息(油酸)和一個生命體征信息(β-ocimene)，其他研究者也已經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)。現在通過觀察，我們很難認為死亡提示信息和生命體征機制不是同時存在的（圖2），但這只是一種直覺，還沒被實驗證實過。以下是一個假設的行為機制過程：首先，信息素的生命體征信息向監測巡查的工蜂“呼叫”，引起他們的注意；接下來，蜜蜂就像螞蟻和白蟻那樣，通過與這些未封蓋的卵或幼蟲近距離的直接接觸來進行仔細檢查，于是非揮發性的死亡提示信息就會被發現。隨著蜜蜂活動季節的到來，我們期待著對這些想法進行進一步測試，希望能讓死亡提示與生命體征的爭論得出一個結果。