皇冠体育蜂业科学家首次在《Science》上发表研究性文章
发布时间：
2022-05-05 15:14
蜜蜂是全球性的重要经济昆虫，也是研究社会行为和健康的模式生物(Nature，2006)。食物对于蜜蜂个体和群体的生存繁衍是至关重要的。蜜蜂个体为了满足自身和蜂群对食物的需求而出巢采集食物，蜜蜂采集食物回巢后，通过舞蹈语言告诉其他同伴食物源的方向和距离信息，招募同巢蜜蜂出巢采集，大大提高采集效率，满足蜂群的食物需求，蜜蜂采集后舞蹈语言及其形成机制是研究蜜蜂社会行为的重要窗口和前沿领域。
该研究聚焦执行密集采集食物活动以满足蜂群食物需求的采集蜂，探究采集蜂出巢采集是否受特定的奖赏期望(食物欲望)驱动，并且在跳舞阶段是否回忆起这些奖赏期望。研究人员监测蜜蜂的采集和跳舞行为，同时定量检测和干扰蜜蜂脑部的生物胺信号。结果表明，采集蜂在前往食物源途中和采集后回巢跳舞阶段，通过增强食欲和回忆良好食物源，能够瞬时激活脑部多巴胺相关的欲望系统。该研究揭示了昆虫拥有与哺乳动物类似的编码由积极愉悦刺激产生的欲望的神经机制。
在哺乳动物中，欲望(wanting)的过程受中脑边缘多巴胺神经通路调控。尽管无脊椎动物表现出复杂的奖赏搜行为，是否存在类似的驱动食物搜寻的欲望系统仍然未知。蜜蜂是研究这一问题的理想的生物，因为蜜蜂具有密集的采集活动，发达的社会组织，还拥有一套象征的编码以传递食欲奖赏信息：摆尾舞—传递良好食物源的方向和距离信息。这套编码的存在允许我们探究跳舞蜂除了交流指向食物源的矢量信息，是否还瞬时回忆起可利用的食物源的快乐特性。我们的问题是：采集蜂在前往良好食物源的途中是否受欲望系统wanting system驱动?摆尾舞是否通过回忆起良好食物源使欲望系统wanting system恢复活动?
为了回答这些问题，研究人员监测已标记的采集蜂的采集和跳舞行为，同时检测和干扰采集蜂在采集和信息交流循环关键阶段的脑部生物胺信号。结果表明，在采集蜂跳舞的起始阶段和离巢前往良好食物源阶段，其脑部的多巴胺水平显著升高(试验一);蜜蜂的食物采集活动受到多巴胺拮抗剂的负面影响，食物采集欲望下降，(试验二);个体饥饿也会提升采集蜂的脑部多巴胺水平，采集蜂脑部多巴胺升高会增强其对蔗糖溶液的快乐值，提高其食欲相关的气味学习能力和记忆能力(试验三)。据此，我们提供了蜜蜂脑部存在由个体饥饿和在跳舞场景中回忆起良好食物源的快乐值触发的多巴胺神经通路为基础的欲望系统wanting system的科学证据。
试验一、探究蜜蜂采集后跳舞过程不同阶段其脑部生物胺类神经递质浓度的变化。蜜蜂为了满足蜂群社会的食物需求和个体的食物需求而进行大量的出巢采集食物活动，研究人员通过监测蜜蜂定点采集食物后回巢跳舞的不同阶段的行为表现，利用高效液相色谱-电化学检测器(HPLC-ECD)定量检测不同阶段蜜蜂脑部多巴胺水平。研究发现，在跳舞起始阶段和刚到达饲喂器未取食阶段，蜜蜂脑部多巴胺水平显著升高(图1-A);采集蜂即将离开蜂巢前往饲喂器和到达饲喂器时，蜜蜂脑部多巴胺水平没有显著变化(图1-B);采集蜂第一次到达饲喂器时，脑部多巴胺水平显著升高，飞行次数对脑部多巴胺水平没有显著影响(图1-C)。
图1 蜜蜂即将离巢飞向食物源、刚到达食物源
和跳舞起始阶段的脑部多巴胺水平升高
试验二、蜜蜂多巴胺能信号药理学阻断(抑制)对食物采集行为的影响。采用多巴胺拮抗剂(fluphenazine)对多巴胺能信号进行药理学阻断，结果发现蜜蜂采集食物的频率显著降低(图2-A)，每次往返采集的时间显著延长(图2-B)，每次往返采集的飞行时间不变(图2-C、D)，在巢内停留时间显著增加(图2-E)，表明蜜蜂的食物采集活动受到多巴胺拮抗剂的负面影响，食物采集欲望下降。利用拮抗剂干扰多巴胺信号传递实验结果进一步证明蜜蜂食物欲望受脑部多巴胺信号调控。
图2 蜜蜂多巴胺能信号药理学阻断对采集食物行为的影响
试验三、多巴胺调控的食物欲望系统驱动蜜蜂个体食欲反应和食欲相关的学习记忆行为。研究发现：蜜蜂个体的食物剥夺(饥饿)会导致蜜蜂脑部多巴胺水平显著升高(图3-A);人为提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能够增强个体对蔗糖溶液的食欲反应(图3-B);人为提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能够增强它们与食欲相关的气味学习能力(图3-C);人为提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能够提高个体与食欲相关的气味记忆能力(图3-D)。
图3 多巴胺调控的食物欲望系统驱动蜜蜂个体食欲反应和食欲相关的学习记忆行为
这一研究结果首次发现并证实蜜蜂脑部多巴胺调控食物欲望(Food Wanting)，揭示了蜜蜂(昆虫)拥有与哺乳动物类似的多巴胺调控的食物欲望系统。该研究为蜜蜂采集性状相关的分子基础研究和优良蜂种培育提供新的思路;为高等动物乃至人类基本生理需求食物欲望的比较进化研究提供创新性的重要科学证据;也为人类多巴胺相关的生理心理和学习记忆障碍等健康问题研究提供新的生物模型。
福建农林大学为该论文的第一完成单位，苏松坤研究员为通讯作者，其指导的四位接继开展该研究工作的研究生黄景南、张曌楠、封王江和赵元洪为共同第一作者，法国图卢兹第三大学Martin Giurfa教授为共同通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金(No. 31772684等)、国家现代农业产业技术体系(蜜蜂)项目(No. CARS-44等)的长期大力资助。特别是原农业部、财政部2007年联合建设国家现代农业产业技术体系，苏松坤团队从2008年开始就入选国家现代农业产业技术体系(蜜蜂)项目(No. CARS-44)的岗位科学家，直到现在，持续稳定的资助让科研人员既能从蜂产业生产的实际需要(蜜蜂采集蜂蜜花粉，培育采集强的优良蜂种)出发，又能心无旁骛地潜心研究蜜蜂采集这一重要性状形成的分子基础，为培育优良蜂种提供科技支撑，十年磨一剑，勇攀高峰。产业技术体系成功探索了产业导向、政产学研紧密结合的新型科研组织模式，培养造就一支既能"顶天"世界科技前沿，又能"立地"产业实际需求的高素质人才队伍，走出了一条符合中国农业产业特点和农业科研规律的中国特色农业科技创新发展新路子。
(参考福建农林大学官网报道)
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