论文故事为了更好地活蜜蜂也会耕作了

[论文故事]为了更好地活蜜蜂也会“耕作”了

春种一粒粟，秋收万颗子。农业的产生让人类开始定居生活，文明的种子因此生根发芽。有趣的是，会从事耕作的动物仿佛其实不只有人类。从切叶蚁到黑翅土白蚁，许多社会性昆虫也有着类似的“农业”行动。最近，巴西坎皮纳斯大学的克里斯蒂亚诺梅内塞斯（CristianoMenezes）发现，巴西的一种无刺蜂也会“栽培”真菌——为了生存。梅内塞斯和同事在发表于《当代生物学》（CurrentBiology）上的论文中揭露，一旦没有了这类真菌提供的帮助，这类蜜蜂的幼虫几近没法存活。蜂巢中的真菌故事开始于一段悲剧的博士生涯。几年前，当时还是生态学博士生的梅内塞斯试图在人工条件下培养一种蜜蜂的蜂后。梅内塞斯的饲养实验。图片来源：CristianoMenezes这本该是个简单的任务：他研究的蜜蜂是一种巴西的无刺蜂（Scaptotrigonadepilis），在这个物种里，培养蜂后专用的蜂王浆是不存在的。1只S.depilis雌性幼虫是成为蜂后抑或变成普通工蜂，只取决于它们吃多少——蜂后的进食量是工蜂的6倍。“因此，如果我给任何雌性幼虫足够多的食品，它就能够成为一只蜂后。”梅内塞斯这样想着，开始大量搜集幼虫食品，并转移到人工抚幼室（幼虫生长的巢室）中。最后，他往抚幼室里放上一只幼虫。所有抚幼室被放置在一个湿润的环境里。被食品包围的吃货们，应当就此踏上成为蜂后的美满蜂生才对。“但是，几天后，一些白色菌丝开始飞快地生长并且杀死了全部幼虫。几次重复实验的结果都一样。”梅内塞斯对科学人回想说。“我以为这是某种病害，想法消灭它。”梅内塞斯尝试过使用药物或通过物理方式清除这些真菌，最后都没能解决问题，幼虫的存活率还是很低。重复，失败，重复，失败。这样的状态保持了超过一年。所幸，先辈的文献解救了一筹莫展的梅内塞斯。“我读到了孔塞桑卡马戈（ConceioCamargo）的一篇文章（1972年发表），她是人工饲育无刺蜂幼虫的先驱。在文章中，她提到自己会在开始培养几天后就撤去湿润的条件。”因而，他也开始了一样的尝试。在这样的条件下，他终究收获了超过90的幼虫存活率。是什么带来了这样的改变？梅内塞斯观察到，那些神秘的真菌会在头几天内大量增殖，然后就消失不见。他将眼光投向那些“吃货”幼虫身上：“我猜想这些真菌是被幼虫吃掉了。因而，我跟踪记录了自然条件下，抚幼室中幼虫的行动。”无刺蜂幼虫和包围着它的真菌菌丝。图片来源：CristianoMenezes精致的互利共生梅内塞斯研究的这类无刺蜂有着固定的孵育幼虫流程。首先，保育蜂（工蜂的一类）会产生半流体食品，并预分配到抚幼室中。以后，蜂后会在食品上产卵。工蜂届时将封闭抚幼室，直到幼虫成熟才将之开启。梅内塞斯对这个进程进行了延续治疗白癜风权威医院记录，结果发现，在幼虫开始孵化时，一种真菌也在抚幼室中开始扩增——正是他在实验室看到的真菌。这些真菌至幼虫三日龄时到达最多，而在随后的两天内，幼虫会通过绕着抚幼室做环形运动，用上颚切断菌丝，把它们一点一点吃掉。真菌（红曲霉属）在幼虫生长各阶段的状态。（A）刚产的卵漂浮在食品上，菌丝还没有产生；（B）1天龄幼虫：可见的真菌菌丝开始从壁向内生长；（C）3天龄幼虫：真菌数量到达顶峰，稠密的菌丝附着在壁上；（D）4天龄幼虫：菌丝已被幼虫全部食用；（E）6天龄幼虫：菌丝和食品都被幼虫吃掉；（F）幼虫开始成茧。图片来源：参考文献[1]一个动机在梅内塞斯脑中闪过。“为了肯定这些幼虫是否是需要这些真菌才能存活，我们对幼虫食品灭菌，直接饲喂一组幼虫，而对另外一组幼虫，则在食品里重新混入真菌菌丝再饲喂。结果吃了含真菌的幼虫，成活率（76）要远高于没吃的（8）。”梅内塞斯对科学人说。借此，梅内塞斯肯定这些幼虫需要吃掉这些真菌才能存活。有趣的是，在真菌从开始增殖到灭亡的整个过程中，梅内塞斯都没有观察到分生孢子，而只看到了菌丝，这类“无花而见果”的现象让他感到惊奇。经过对蜂巢和无刺蜂进行分别检测，他发现这些真菌只存在于组成蜂巢的“建筑材料”——蜂蜡当中。而虽然蜂蜡被用于建造不同的蜂巢结构，但只有在抚幼室蜂蜡中的菌丝，在接触到半液体的幼虫食品时，才能开始迅速扩增。这意味着，蜂蜡中的真菌极可能也依赖着幼虫食品的营养来进行生长。S.depilis幼虫啃食抚幼室内的真菌。视频来源：CristianoMenezes而除通过幼虫的啃食来控制真菌的数量，无刺蜂的抚幼室可能还存在一个出色的湿度控制系统避免真菌长过头。“这也许和其他微生物，尤其是假丝酵母和芽孢杆菌有关。”梅内塞斯说。这就是为何那个让他头疼好久的真菌疯长问题在自然条件下随着视察和研究的深入，梅内塞斯在这类无刺蜂中看到了从未被人发现的景象——一个粗放却代代相传的“农业”系统。无刺蜂的粗放“耕作”“这类群居蜂类的扩大是通过分蜂行动来完成的，一群工蜂和一只蜂后从原来的蜂巢动身，迁移到新的领地，筑起新巢。”梅内塞斯向科学人介绍道，“在无刺蜂中，这项活动要耗费很长时间，有时到达几周。工蜂会带着从母巢带出的食品、建筑材料等资源到达新巢。这类母巢和新巢之间的联系，直到新巢完全落成、新蜂后就位并开始产卵时才会终止。”在完成分蜂时，母巢中的蜂蜡也随之被搬到新巢。当新巢的幼虫食品被填满抚幼室，蜂蜡内的真菌就会适时生长。幼虫依赖真菌健康长大，建起新的巢穴——这类无刺蜂的独特扩大模式，使得这重要的真菌可以被它们代代相传下去。这类在蜂巢内传播真菌的方式，在所有培养真菌的昆虫中是独一无二的。“在其他物种中，常常是有繁殖能力的个体负责传播真菌。”梅内塞斯说。而在这类蜂中，负责在蜂巢内传播真菌并将其转移到新巢的，是那些循环利用蜂蜡的工蜂们。抚幼室的蜂蜡会得到重复利用。这1进程中，真菌从旧蜂巢被转移到了新蜂巢。图片来源：CristianoMenezes它们能不能算得上“农民”？2005年，生物学家穆勒在他的综述中总结了昆虫“农业”的四个典型特点：在特定区域定期进行一些固着作物的栽种，包括向新区域播种，或是从成熟的栽培区中移栽到新区域；有试图去改良作物的生长条件（施肥、调剂湿度、温度等），或保护作物免遭侵扰；收割成熟的作物作为食品；依赖于作物产生的营养物质来保持生存。“在无刺蜂S.depilis中，我们已视察到了前三个特点，和第四项中的依赖性。但是，我们还不确定这类依赖性是营养上的，还是为了获得保护。”如果是后者，这类蜜蜂就更像是粗放的“原始耕作者”，而不是蚂蚁那样精细的“高端农民”。梅内塞斯说，他们认为真菌为这类蜂提供保护的可能性更大。他在实验中发现没有这类真菌的幼虫食品非常难闻，并且有腐败迹象。这些红曲属真菌的次级代谢物可能能保护这些食品免受细菌污染。事实上，在与这些蜜蜂大洋相隔的亚洲，人类一直在用用一些类似的真菌来保存食品。欣喜后的忧愁梅内塞斯这项柳暗花明的研究无疑开启蜂类研究的新领域。但他也在这些结果中看到了使人担心的可能性：“由于人类在农作物的花期大规模使用抗真菌和抗细菌药剂，这些药剂可能伤害到某些蜂类的共生物种，从而终究影响到蜂类的存活，这是一件很可怕的事情。”梅内塞斯表示，他们已在其他几种无刺蜂中发现了类似的与真菌共生的关系。人类广泛使用的抗真菌药剂是不是会对它们的生态造成影响。图片来源：CristianoMenezes梅内塞斯泄漏，他随后首先要做的就是检测人类在种植农作物时投放的抗真菌知名白癜风医院药剂是不是会损伤S.depilis和其共生真菌的健康。“我们还会联合其他专家一起分离这些真菌的代谢产物，进一步探明其对这类蜂的功能是什么。”（：Calo）参考文献：Menezesetal.,ABrazilianSocialBeeMustCultivateFungustoSurvive,CurrentBiology(2015),

10.1016/b.2015.09.028Mueller,UlrichG.,etal.Theevolutionofagricultureininsects.AnnualReviewofEcology,Evolution,andSystematics(2005):.文章题图：CristianoMenezes