一只紅火蟻正在取食棉蚜排泄出來(lái)的蜜露。課題組供圖
螞蟻和蚜蟲(chóng)是自然界的一對(duì)經(jīng)典“CP”：螞蟻為柔弱的蚜蟲(chóng)提供保護(hù)，蚜蟲(chóng)則報(bào)以甜美的蜜露。而為了獲取更多蜜露，螞蟻甚至能“催”蚜蟲(chóng)生育更多后代。在看似“語(yǔ)言”不通的兩種生物之間，“催生”是怎么做到的呢？
近日，河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授陳立團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院動(dòng)物研究所、福建農(nóng)林大學(xué)、瑞士紐沙泰爾大學(xué)等國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)在《當(dāng)代生物學(xué)》發(fā)表論文，揭示了螞蟻和蚜蟲(chóng)更隱秘的溝通機(jī)制。
天然CP 相愛(ài)相殺
俗話說(shuō)，“吃得到一起，才能過(guò)得到一起”。
螞蟻和蚜蟲(chóng)就是這種關(guān)系：蚜蟲(chóng)喜歡吸食植物汁液，并從中攝取它們需要的氨基酸。但植物汁液中的氨基酸含量低、糖分含量高，所以蚜蟲(chóng)只好將過(guò)量的糖分排出體外。這些甜蜜的“排泄物”，就成了螞蟻?zhàn)钕矚g的瓊漿玉露。
而螞蟻也不白吃。它們會(huì)盡可能保護(hù)柔弱的蚜蟲(chóng)免受瓢蟲(chóng)、寄生蜂等天敵侵害。在螞蟻的照顧下，蚜蟲(chóng)種群往往能快速發(fā)展壯大。
“在螞蟻——蚜蟲(chóng)共生體系中，螞蟻和蚜蟲(chóng)都能獲益，這種共生現(xiàn)象在自然界廣泛存在。”論文通訊作者陳立對(duì)記者說(shuō)。
有“相愛(ài)”就有“相殺”。當(dāng)蚜蟲(chóng)數(shù)量越來(lái)越多，其寄生的植物不夠吃時(shí)，蚜蟲(chóng)就會(huì)向鄰近的植株遷移，或產(chǎn)生一批有翅蚜進(jìn)行遠(yuǎn)距離遷移，繼續(xù)繁衍生息。這在螞蟻看來(lái)，相當(dāng)于圈里的小羊想逃跑。因此，螞蟻會(huì)采取一些手段限制蚜蟲(chóng)遷移。
2007年英國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，螞蟻不僅可以咬掉蚜蟲(chóng)的翅膀來(lái)防止它們飛走，還能用化學(xué)物質(zhì)來(lái)控制蚜蟲(chóng)。在螞蟻信息化學(xué)物質(zhì)的影響下，共生蚜蟲(chóng)走得慢，也“不愿意”離開(kāi)。但究竟是什么信息化學(xué)物質(zhì)能把蚜蟲(chóng)“留住”，這篇論文并沒(méi)有明確。
陳立讀到這篇文獻(xiàn)時(shí)，還在國(guó)外做博士后。他對(duì)這個(gè)方向的研究萌生了很大興趣。
信息相通 心有靈犀
回國(guó)后，陳立開(kāi)始著手在實(shí)驗(yàn)室建立螞蟻——蚜蟲(chóng)共生體系，他選擇了自己熟悉的紅火蟻和國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的棉蚜作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅火蟻和棉蚜共生時(shí)，棉蚜的種群數(shù)量增長(zhǎng)很快。一系列的化學(xué)成分分離、人工合成、電生理活性和行為活性測(cè)試顯示，紅火蟻釋放的跟蹤信息素就是螞蟻用于控制蚜蟲(chóng)的信息化學(xué)物質(zhì)。跟蹤信息素中的主要成分——Z,E-a-farnesene能抑制棉蚜的擴(kuò)散，提高蚜蟲(chóng)的繁殖率。
那究竟什么是跟蹤信息素呢？
螞蟻本身是一類(lèi)社會(huì)性昆蟲(chóng)，群體內(nèi)所有分工協(xié)作都受到信息化學(xué)物質(zhì)的調(diào)控。當(dāng)一只工蟻在覓食過(guò)程中發(fā)現(xiàn)食物后，會(huì)返回巢穴招募同伴搬運(yùn)食物，并在走過(guò)的路徑上留下一些特殊的信息化學(xué)物質(zhì)，以指引同伴前往食物所在地，這種信息化學(xué)物質(zhì)就是跟蹤信息素。對(duì)紅火蟻來(lái)說(shuō)，取食棉蚜排泄的蜜露就是一種覓食行為，所以紅火蟻會(huì)在棉花植株上留下跟蹤信息素。
“一個(gè)物種的信息素可以影響另一個(gè)物種，這并不稀奇。例如人們很早就知道，白蟻釋放的信息素可以被天敵感知到，以此為線索來(lái)跟蹤捕食白蟻。但一個(gè)物種的信息素能影響到另一個(gè)物種的生殖行為，這可能還是第一次報(bào)道。”陳立說(shuō)。
論文推測(cè)，螞蟻跟蹤信息素展現(xiàn)出的這種功能具有重要的生態(tài)學(xué)意義。“對(duì)蚜蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，跟蹤信息素代表著螞蟻‘保護(hù)神’就在身邊，讓它們有安全感，更愿意生娃而不是搬家；而對(duì)螞蟻來(lái)說(shuō)，安撫了蚜蟲(chóng)，也就保障了自己的食堂有源源不斷的蜜露供應(yīng)。”陳立說(shuō)。
師法自然 互利互惠
《當(dāng)代生物學(xué)》同期配發(fā)了荷蘭瓦格寧根大學(xué)植物科學(xué)系教授Duur K. Aanen等為這項(xiàng)研究撰寫(xiě)的快評(píng)——《進(jìn)化：螞蟻跟蹤信息素促進(jìn)螞蟻——蚜蟲(chóng)互惠共生》。
“紅火蟻起源于南美洲，棉蚜的起源目前尚不清楚，但有可能是亞洲。有證據(jù)顯示，蚜蟲(chóng)在入侵一些地區(qū)后，會(huì)與當(dāng)?shù)氐奈浵伔N群建立互惠共生的關(guān)系，盡管它們此前都沒(méi)有共同進(jìn)化過(guò)。”評(píng)論認(rèn)為紅火蟻和棉蚜在相遇之前可能已經(jīng)存在奇妙而默契的關(guān)系。
無(wú)論紅火蟻還是棉蚜，它們?cè)谙蚴澜绺鞯財(cái)U(kuò)張的過(guò)程中，都取得了很大的“成功”，甚至比在原生地繁衍得還要興旺，這要?dú)w功于兩種生物之間互利互惠的關(guān)系。
作者認(rèn)為，探究紅火蟻和棉蚜之間這種復(fù)雜密切的關(guān)系，也為人類(lèi)重新理解畜牧業(yè)和馴化的內(nèi)涵、重新認(rèn)識(shí)人與家禽家畜之間的關(guān)系，提供了寶貴的啟迪。
“我們通常從以人類(lèi)為中心的角度來(lái)看待畜牧業(yè)：農(nóng)民為了自身利益而剝削動(dòng)物，動(dòng)物只能被動(dòng)配合。但事實(shí)上畜牧業(yè)本身就是互惠共生的一個(gè)例子，人和動(dòng)物都會(huì)從中獲益，甚至在彼此適應(yīng)的過(guò)程中獲得遺傳上的改變。”
作者：李晨陽(yáng)
編輯：顧軍
責(zé)任編輯：許琦敏
轉(zhuǎn)載：中國(guó)科學(xué)
附注：河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授陳立簡(jiǎn)介
陳立，男，1973年5月出生，湖北房縣人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，河北省生物互作基礎(chǔ)學(xué)科研究中心首席助理。河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院學(xué)位評(píng)定委員會(huì)委員、生命科學(xué)學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，兼任中國(guó)昆蟲(chóng)學(xué)會(huì)化學(xué)生態(tài)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任。
主要從事昆蟲(chóng)行為學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和入侵生物學(xué)等方面的科研工作。主持和參加各類(lèi)項(xiàng)目12項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文140余篇，其中在Angewandte Chemie-International Edition、Annual Review of Entomology、Current Biology、Current Opinion in Insect Science、Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊發(fā)表SCI論文90篇，第一或通訊作者SCI論文49篇；合著專(zhuān)著/教材1部。申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)。
教育經(jīng)歷：
1991.09-1995.07 湖北農(nóng)學(xué)院（現(xiàn)長(zhǎng)江大學(xué)）植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，獲農(nóng)學(xué)學(xué)士學(xué)位；
1995.09-1998.07 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，獲理學(xué)碩士學(xué)位；
1998.09-2001.07 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所聯(lián)合培養(yǎng)）農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)與害蟲(chóng)防治專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，獲農(nóng)學(xué)博士學(xué)位。
