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饮食决定命运?工蜂现身说法

你的地位大概决定了你能吃什么喝什么,这应该很好理解。但假如有人告诉你,你的饮食反过来也会决定你的地位,你会相信吗?如果你能和蜜蜂交流,也许一只工蜂会现身说法,告诉你这是它用一生来证明的“真理”。

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以一种名为西方蜜蜂(Apis mellifera)的种群为例:它们的蜂巢有着高度整齐有序的结构,其中通常只有一个可以传宗接代的雌性蜂王,它每天可以产下多达2000个卵。未受精的卵成长为雄蜂,其唯一的工作是与其它蜂巢的蜂王交配。而雌蜂幼虫可以发育成为蜂王或工蜂。工蜂的职责是维护照看蜂巢,并给那些“命中注定”要成为蜂王的幼虫喂食专门的蜂王浆,而这些蜂王浆是由工蜂头上的腺体分泌的。但是,对于那些要成为工蜂的幼虫,只是在头三天被喂食这种蜂王浆,之后它们的食物是蜂蜜和蜂粮(beebread,一种花粉制品)的混合物。


之前的研究已经表明,这些幼虫的饮食通过甲基化DNA来改变不同基因的表达,以控制它们的表型特征。但是,大多数的研究工作集中于确定蜂王浆中的哪些成分诱导幼虫发育成蜂王。最近,美国伊利诺伊大学香槟分校的May Berenbaum教授及其科研团队,采取了不同的实验方法,把注意力放在蜂粮的化学成分上,而不是在蜂王浆上。在2013年,该小组发现蜂粮中的一种被称为对香豆酸(p-coumaric acid)的组分,由花粉的表层物质分解而成,它可以上调几种用于解毒和免疫的基因(PNAS, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1303884110)。这两种生理功能都对工蜂至关重要。在该团队最新的研究中,他们重点观察幼虫,以了解控制免疫力的基因表达是否同样上调。


该团队将刚产的蜂卵从蜂巢中移出,给它们喂食半合成的蜂王浆,并向其中加入各种量的对香豆酸。五天后,他们拿出幼虫,将其磨碎,并对其中的mRNA测序,找出哪些基因被转录成蛋白质。他们的确发现控制免疫系统的基因转录的上调,但是这还不是全部:“令我们又惊又喜的是,”Berenbaum表示,“我们发现一系列在成年蜂中没有的基因已被激活。”这些基因控制发育途径。


为了进一步研究,研究人员饲养两组初孵幼虫,一直到它们长成成年蜂:一组只吃蜂王浆,而另一组的食物是完全相同的蜂王浆,同时添加了对香豆酸。当该团队研究解剖这些蜜蜂时,他们发现,喂食对香豆酸的蜜蜂的卵巢明显发育不全。Berenbaum说,这说明,决定一只雌蜂是否成为蜂王的原因不仅涉及蜂王“在饮食中吃了什么”,而且更重要的是“它没有吃什么”。这个意外的细节,似乎在很长一段时间从未被发现。不过,她强调,对香豆酸可能并不是“魔术般”的化合物,“蜂蜜中含有种类极其丰富的植物化学物质,我们想看看其它植物化学物质是否有相似或互补的效果”。


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