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无须“交谈”也能跨物种“催生”

时间:2021-11-12 15:24:01       来源:《中国科学报》

科学家揭示蚂蚁与蚜虫互惠共生秘密

一只红火蚁正在取食棉蚜排泄出来的蜜露。课题组供图

■记者 李晨阳

蚂蚁和蚜虫是自然界的一对经典“CP”:蚂蚁为柔弱的蚜虫提供保护,蚜虫则报以甜美的蜜露。而为了获取更多蜜露,蚂蚁甚至能“催”蚜虫生育更多后代。在看似“语言”不通的两种生物之间,“催生”是怎么做到的呢?

近日,河北大学生命科学学院教授陈立团队联合中科院动物研究所、福建农林大学、瑞士纽沙泰尔大学等国内外团队在《当代生物学》发表论文,揭示了蚂蚁和蚜虫更隐秘的沟通机制。

天然CP 相爱相杀

俗话说,“吃得到一起,才能过得到一起”。

蚂蚁和蚜虫就是这种关系:蚜虫喜欢吸食植物汁液,并从中摄取它们需要的氨基酸。但植物汁液中的氨基酸含量低、糖分含量高,所以蚜虫只好将过量的糖分排出体外。这些甜蜜的“排泄物”,就成了蚂蚁最喜欢的琼浆玉露。

而蚂蚁也不白吃。它们会尽可能保护柔弱的蚜虫免受瓢虫、寄生蜂等天敌侵害。在蚂蚁的照顾下,蚜虫种群往往能快速发展壮大。

“在蚂蚁—蚜虫共生体系中,蚂蚁和蚜虫都能获益,这种共生现象在自然界广泛存在。”论文通讯作者陈立对《中国科学报》说。

有“相爱”就有“相杀”。当蚜虫数量越来越多,其寄生的植物不够吃时,蚜虫就会向邻近的植株迁移,或产生一批有翅蚜进行远距离迁移,继续繁衍生息。这在蚂蚁看来,相当于圈里的小羊想逃跑。因此,蚂蚁会采取一些手段限制蚜虫迁移。

2007年英国科学家就发现,蚂蚁不仅可以咬掉蚜虫的翅膀来防止它们飞走,还能用化学物质来控制蚜虫。在蚂蚁信息化学物质的影响下,共生蚜虫走得慢,也“不愿意”离开。但究竟是什么信息化学物质能把蚜虫“留住”,这篇论文并没有明确。

陈立读到这篇文献时,还在国外做博士后。他对这个方向的研究萌生了很大兴趣。

信息相通 心有灵犀

回国后,陈立开始着手在实验室建立蚂蚁—蚜虫共生体系,他选择了自己熟悉的红火蚁和国内常见的棉蚜作为实验对象。

研究发现,当红火蚁和棉蚜共生时,棉蚜的种群数量增长很快。一系列的化学成分分离、人工合成、电生理活性和行为活性测试显示,红火蚁释放的跟踪信息素就是蚂蚁用于控制蚜虫的信息化学物质。跟踪信息素中的主要成分——Z,E-a-farnesene能抑制棉蚜的扩散,提高蚜虫的繁殖率。

那究竟什么是跟踪信息素呢?

蚂蚁本身是一类社会性昆虫,群体内所有分工协作都受到信息化学物质的调控。当一只工蚁在觅食过程中发现食物后,会返回巢穴招募同伴搬运食物,并在走过的路径上留下一些特殊的信息化学物质,以指引同伴前往食物所在地,这种信息化学物质就是跟踪信息素。对红火蚁来说,取食棉蚜排泄的蜜露就是一种觅食行为,所以红火蚁会在棉花植株上留下跟踪信息素。

“一个物种的信息素可以影响另一个物种,这并不稀奇。例如人们很早就知道,白蚁释放的信息素可以被天敌感知到,以此为线索来跟踪捕食白蚁。但一个物种的信息素能影响到另一个物种的生殖行为,这可能还是第一次报道。”陈立说。

论文推测,蚂蚁跟踪信息素展现出的这种功能具有重要的生态学意义。“对蚜虫来说,跟踪信息素代表着蚂蚁‘保护神’就在身边,让它们有安全感,更愿意生娃而不是搬家;而对蚂蚁来说,安抚了蚜虫,也就保障了自己的食堂有源源不断的蜜露供应。”陈立说。

师法自然 互利互惠

《当代生物学》同期配发了荷兰瓦格宁根大学植物科学系教授Duur K. Aanen等为这项研究撰写的快评——《进化:蚂蚁跟踪信息素促进蚂蚁—蚜虫互惠共生》。

“红火蚁起源于南美洲,棉蚜的起源目前尚不清楚,但有可能是亚洲。有证据显示,蚜虫在入侵一些地区后,会与当地的蚂蚁种群建立互惠共生的关系,尽管它们此前都没有共同进化过。”评论认为红火蚁和棉蚜在相遇之前可能已经存在奇妙而默契的关系。

无论红火蚁还是棉蚜,它们在向世界各地扩张的过程中,都取得了很大的“成功”,甚至比在原生地繁衍得还要兴旺,这要归功于两种生物之间互利互惠的关系。

作者认为,探究红火蚁和棉蚜之间这种复杂密切的关系,也为人类重新理解畜牧业和驯化的内涵、重新认识人与家禽家畜之间的关系,提供了宝贵的启迪。

“我们通常从以人类为中心的角度来看待畜牧业:农民为了自身利益而剥削动物,动物只能被动配合。但事实上畜牧业本身就是互惠共生的一个例子,人和动物都会从中获益,甚至在彼此适应的过程中获得遗传上的改变。”

标签: 蚜虫 物种 觅食行为 河北大学生命科学学院 有翅蚜

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