带有蓝色心形标记的是该蜂群的蜂王(图片来源:Shelley Hoover)

无奈之举。

撰文 | 冬鸢

审校 | clefable

一提到高度社会化的动物,很多人首先会想到蜜蜂。每个蜂巢中可能有数万只蜜蜂,而它们全部服从唯一的蜂王。蜂王是蜂群中唯一具备繁殖能力的雌性。不像辛勤劳作的工蜂,蜂王大部分时间都待在巢内,享用工蜂提供的蜂王浆,专注于繁殖——每天可产卵约850至3200枚,产下的卵总重量甚至超过了她自身的体重,维持着蜂群的持续繁荣。

表面上看,蜂王过着与世隔绝、备受拥戴的“皇室生活”。但历史告诉我们,王权并非稳如泰山,人类帝王大多逃不过政权更替的命运。对于蜜蜂社会来说,这种“宫廷政变”也随时可能发生

当蜂王的身体逐渐虚弱、产卵量下降时,工蜂会敏锐地觉察到这一变化,并迅速采取补救行动。它们会协力建造一种特殊的花生状巢房——王台(queen cell),专门用于培育新蜂王。在那里,幼虫从小到大就被喂食蜂王浆,从而发育为具有生殖能力的蜂王,而非普通工蜂。

图中花生状的黄色蜂房,便是王台(图片来源:Shelley Hoover)

从蜂群演化角度来看,当原蜂王无法胜任“母亲”角色时,培育更强大的继任者有助于群体存续。然而,研究发现,发生蜂王更替的蜂群在接下来50天内的死亡概率是其他蜂群的3.1倍,目前原因仍不清楚。这对养蜂人而言,无疑是影响授粉与蜂蜜产量的棘手问题。

许多情况下,蜂王产卵能力下降正是因感染病毒所致,而这些病毒通常由寄生害虫瓦螨带入蜂巢。但科学家一直困惑:工蜂究竟是如何“诊断”蜂王是否生病的?最新发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上的一项研究,为这一谜团提供了关键线索,揭示了工蜂发动“政变”的真正导火索。


“政变“

研究团队发现,触发工蜂更替蜂王的关键,是蜂王信息素(Queen Retinue Pheromone)的变化。蜂王信息素由九种化合物组成,是蜂王向工蜂传递“我还很健康、有能力”的化学信号。工蜂一旦检测到这些信号,就会继续照料蜂王;但如果信息素的成分出现异常,就可能会让工蜂意识到:“我们的蜂王不行了,是时候另立新王了。”

为了验证这一推测,研究人员在实验室中让蜂王感染病毒,并分析蜂王信息素组成变化。结果显示,大多数化合物含量保持稳定,但有一种关键物质——油酸甲酯(methyl oleate)却明显减少

为了进一步确认油酸甲酯的作用,研究团队将没有蜂王的蜂群置于野外,并给予合成信息素模拟蜂王存在。其中一部分蜂群接收到含油酸甲酯的完整信息素,另一部分则接收缺乏油酸甲酯的版本。结果非常显著:接受完整信息素的蜂群保持安稳,没有尝试育王;而缺乏油酸甲酯的蜂群则迅速察觉异常,开始建造王台。这一结果表明,油酸甲酯是保证蜂王统治稳定的关键分子,它可以抑制工蜂“革命”的冲动。

多个王台(图片来源:Shelley Hoover)


为何减少?

那么,病毒为何会让油酸甲酯减少?

研究者进一步利用脂质组学(lipidomics)分析发现,病毒感染会使蜂王陷入能量危机:受感染蜂王体内的主要能量储备——甘油三酯含量会显著下降。为了抵抗病毒,蜂王不得不将身体资源从繁殖转移到免疫中,这种权衡会导致其卵巢萎缩

与此同时,卵巢萎缩会直接影响油酸甲酯的产生。为了确认这一点,研究者将健康蜂王置于小笼中限制其产卵,使其卵巢在无病毒条件下也发生萎缩。结果显示,这些蜂王的油酸甲酯分泌同样减少。由此可知,引发油酸甲酯下降的直接原因是卵巢萎缩,而非病毒本身。


养蜂人注意了

“我们的研究凸显了蜂王病毒感染对养蜂业的严重威胁,”该论文第一作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学与美国北卡罗来纳州立大学的研究员艾莉森·麦卡菲(Alison McAfee)指出,“过去我们知道,虚弱蜂王常感染大量病毒;而现在我们进一步了解,这些病毒会引发蜂王更替,这不仅增加蜂群风险,也造成管理成本增加。”

研究者艾莉森·麦卡菲(Alison McAfee)正在检查蜂群(图片来源:Leslie Kennah)

蜜蜂负责为全球约三分之一的农作物授粉,是粮食安全的重要保障。然而近年来,蜂王衰弱与过早更替的情况越来越常见,被认为是蜂群越冬损失的主要原因之一。这项研究为养蜂人提供了可能的干预手段。

“在农业生产或蜂蜜采收的关键时期,向蜂群补充油酸甲酯有望维持蜂群稳定。”论文通讯作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学医学院的生物化学与分子生物学教授伦纳德·福斯特(Leonard Foster)表示。

总体来看,这项研究描绘了一幅迷人的“社会免疫”图景:当病毒耗尽蜂王能量,使其卵巢萎缩、信息素削弱时,工蜂会及时采取行动,通过牺牲一个个体的命运,来阻止整个群体陷入缓慢衰亡。这是一场为群体韧性而进行的“必要政变”——残酷,却有效。

参考链接:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2518975122
https://www.med.ubc.ca/news/ubc-research-reveals-why-honey-bees-overthrow-their-queen/
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167587712002656?via%3Dihub

作者 环球科学

《环球科学》杂志