蜜蜂卫生行为机制：死亡指令

吴迪 李志勇 王志│编译

吉林省养蜂科学研究所

图1 蜜蜂、蚂蚁和白蚁所表现出的社会免疫行为

社会免疫是一种在昆虫进化中具有古老渊源的，使群体集体抗病的利他行为。蚂蚁、白蚁和蜜蜂都表现出某些形式的社会免疫行为（图1），比如蚂蚁们迅速将它们同伴的尸体抬到垃圾堆去，白蚁们更倾向于埋葬同伴尸体，当然，还有蜜蜂会把它们的死虫和病虫拖到巢门口。在以前的文献中，Randy Oliver和Keith Delaplane在蜜蜂社会免疫方面做了一项出色的研究，所以现在我们都知道，为什么蜜蜂对蜂螨破坏这种敏感的卫生行为和自身清洁行为是有益的。蜜蜂们如何决定哪些虫需要被移除，哪些虫不需要？又是通过什么来检测？这些机制在进化上是保守的吗？以上这些课题引起科学家们的广泛关注，很多实验相继开展，其中包括我正在发表的一项研究，这些空白领域终于开始被填补。

首先，一个简短的历史：美国著名的昆虫学家E.O.Wilson曾提出“搬尸行为”这个术语来描述蚂蚁如何系统地将它们同伴的尸体从巢穴中搬离出去。早在上世纪50年代，他就发现将一种油酸涂抹到无生命物体上会刺激其他蚂蚁把这些物体搬离它们，将其运送到粪堆或垃圾堆。后来，他发现即使这种物质被应用到仍然活蹦乱跳的活着的蚂蚁上，这种情况依然成立。而且从那时起，这种油酸就已被蚁群公认为是一种引起搬尸行为的类似腐败物质或者是产生腐败物质的“死亡指令”。这种油酸非常粘稠（如橄榄油），它的气味不会在空气中传播，但是蚂蚁通常会通过肩膀和触角的碰触来感应，所以油性的死亡信息仍然很容易在蚁群中传播。现在人们普遍认为这是一种“死亡提示”，即这种粘性物质暗示着昆虫的死亡，从而触发了其被搬离。然而，这还没有解释为什么这种行为发生在那些没有死亡太久、还不足以产生死亡提示信息的个体上。如此一来，“生命迹象”假说被提出，这个假说的观点是：一个可识别的生命体征发生变化的时间比死亡提示的产生要快得多。我们仍然不知道哪个说法更正确，但就像大多数事情一样，事实可能是两者的结合。

不过蜜蜂的社会免疫行为比蚂蚁要更难一些，因为它有蜂巢这个物理屏障，把工蜂和它们想要监控的幼虫分开了。研究人员推测，由于没有直接接触的便利，刺激蜜蜂产生卫生行为（蜜蜂中的搬尸行为）的气味一定比在蚂蚁和白蚁中发现的油性物质更容易挥发。2009年，Swanson等人在Marla Spivak（培育并推广了明尼苏达卫生行为蜜蜂品系）的监督下，通过识别从白垩病中释放的气味（这种气味可以引起卫生行为），奠定了现阶段的成就。在蜜蜂的疾病特异性气味方面，还有很多其他研究，但是他们第一个证明了是气味实际上诱导了行为。他们识别出的化合物符合相应要求：这些化合物非常容易挥发，完全可以透过巢房盖并警示那些监督的工蜂。然而，并不是所有疾病都有如此直接的信号反应。

Mondet等人最近发现，与正常幼虫相比，那些感染了瓦螨能诱发卫生行为的幼虫，会释放出更多育幼酯信息素(BEP)。据我所知，这是第一次表明，幼虫信息素的偏差可能会有助于蜂群的社会免疫，而非一些特异性疾病信号。虽然之前没有提出过这个观点，但这个想法很直观：可以通过信息素信号来细微调控蜂群的功能，那么为什么卫生行为会有不同呢？在我自己的研究中，收集到的证据表明，BEP并不是唯一的信息素。

最近一直在开展一项研究任务，从被冷冻杀死的幼虫中识别潜在的卫生行为刺激气味。研究冻死幼虫可能没有研究一种真正的疾病更有生物学意义，然而由于它是卫生行为选择育种的主要方法，它很可能会释放诱导繁殖卫生行为的气味。并且以这种方式选择培育的蜜蜂也能够瞄准真正的疾病（包括白垩病和蜂螨），所以冻死蜜蜂幼虫释放的气味和各种疾病所释放的气味之间就很可能有相似之处。在我自己的研究中（结果发表于一篇审稿中的科学报告，可在www.biorxiv.org获得），我发现另一种幼虫信息素(β-ocimene)和油酸(见：蚂蚁死亡指令)是由冷冻致死的幼虫释放出来的。然而，当我们测试这些气味如何刺激蜜蜂触角的时候，我们发现只有β-ocimene会因为剂量不同而对触角产生不同的刺激反应，而油酸对它们根本没有刺激反应。

β-ocimene特别耐人寻味，这种信息素被认为可以促进工蜂对幼虫巢房的访问，因此，通过将注意力集中到那些原本不需要注意的封盖幼虫上，信息素可能是一个非常有效的警报信号。作为第二种与卫生行为有关的幼虫信息素，β-ocimene支持了一种观点，即存在一种更广泛的调节社会免疫的信息素模式。我们之前已经了解这并不一定适合白垩病，所以这种观点也许不是对所有疾病都适用。我怀疑这可能也不适用于美洲幼虫病，因为美洲幼虫病产生了如此明显的可怕气味，信息素提示可能不太必要了。但较为隐觅的疾病，如蜂螨感染、冻死幼虫，还有我怀疑病毒感染，信息素提示信号可能是引起卫生行为的关键。

然而，油酸却给我带来了悲伤。一方面，有几条强有力的证据表明这是一种良好的卫生行为诱导者：第一，我们已经知道它在其他社会性昆虫中起到了很好的作用；第二，我发现不同日龄幼虫和不同蜂群的幼虫冻死后都释放出大量油酸。油酸在蚂蚁和白蚁物种的进化过程中是保守的，如果油酸与蜜蜂的行为有关联，那当然是有意义的。但是它变得更先进了：我们从以前的研究了解到，蜜蜂依赖气味结合蛋白来检测气味，与正常蜜蜂相比，有卫生行为的蜜蜂具有明显更多的气味结合蛋白。这些气味结合蛋白被认为将气味分子从触角气孔输送到嗅觉神经元，这是大脑信号识别的必要条件。我们获知，油酸是那些气味结合蛋白最强的配体之一（与一种分子结合构成复合物，具有生物学功能）。然而另一方面，在我们的实验中，油酸对蜜蜂触角似乎并没有产生刺激作用，这大概是因为它的挥发性如此之低的缘故。

这种非挥发性化合物可以引发蜜蜂卫生行为的观点与传统观点背道而驰，但我们并不是第一个发现与疾病相关的非挥发性物质的人。例如，在被确定为清除对象的受瓦螨感染的蜜蜂巢房中，就发现了大量被称为“p32”的化合物。对于油酸没有刺激蜜蜂触角的原因也有一些合理的解释：蜂箱内的温度比我们进行实验的房间环境温度高23℉(10℃)，这将使蜂箱内空气中的油酸浓度升高，从而产生有效的刺激浓度，或许接下来我们需要加大油酸剂量来实现有效的测试效果。

图2 假想卫生机制，包括蜂子信息素和非挥发性化合物

这就使我进入了一个死循环，又回到了之前的“死亡提示”、“生命迹象”假说。在我们冷冻幼虫的实验中，我们发现了一个死亡提示信息(油酸)和一个生命体征信息(β-ocimene)，其他研究者也已经鉴定出一种死亡提示信息（p32）和生命体征信息(育幼酯信息素BEP)。现在通过观察，我们很难认为死亡提示信息和生命体征机制不是同时存在的（图2），但这只是一种直觉，还没被实验证实过。以下是一个假设的行为机制过程：首先，信息素的生命体征信息向监测巡查的工蜂“呼叫”，引起他们的注意；接下来，蜜蜂就像蚂蚁和白蚁那样，通过与这些未封盖的卵或幼虫近距离的直接接触来进行仔细检查，于是非挥发性的死亡提示信息就会被发现。随着蜜蜂活动季节的到来，我们期待着对这些想法进行进一步测试，希望能让死亡提示与生命体征的争论得出一个结果。