科學家揭示螞蟻與蚜蟲互惠共生秘密

一隻紅火蟻正在取食棉蚜排洩出來的蜜露。課題組供圖

■記者 李晨陽

螞蟻和蚜蟲是自然界的一對經典“CP”：螞蟻為柔弱的蚜蟲提供保護，蚜蟲則報以甜美的蜜露。而為了獲取更多蜜露，螞蟻甚至能“催”蚜蟲生育更多後代。在看似“語言”不通的兩種生物之間，“催生”是怎麼做到的呢？

近日，河北大學生命科學學院教授陳立團隊聯合中科院動物研究所、福建農林大學、瑞士紐沙泰爾大學等國内外團隊在《當代生物學》發表論文，揭示了螞蟻和蚜蟲更隐秘的溝通機制。

天然CP 相愛相殺

俗話說，“吃得到一起，才能過得到一起”。

螞蟻和蚜蟲就是這種關系：蚜蟲喜歡吸食植物汁液，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，所以蚜蟲隻好将過量的糖分排出體外。這些甜蜜的“排洩物”，就成了螞蟻最喜歡的瓊漿玉露。

而螞蟻也不白吃。它們會盡可能保護柔弱的蚜蟲免受瓢蟲、寄生蜂等天敵侵害。在螞蟻的照顧下，蚜蟲種群往往能快速發展壯大。

“在螞蟻—蚜蟲共生體系中，螞蟻和蚜蟲都能獲益，這種共生現象在自然界廣泛存在。”論文通訊作者陳立對《中國科學報》說。

有“相愛”就有“相殺”。當蚜蟲數量越來越多，其寄生的植物不夠吃時，蚜蟲就會向鄰近的植株遷移，或産生一批有翅蚜進行遠距離遷移，繼續繁衍生息。這在螞蟻看來，相當于圈裡的小羊想逃跑。因此，螞蟻會采取一些手段限制蚜蟲遷移。

2007年英國科學家就發現，螞蟻不僅可以咬掉蚜蟲的翅膀來防止它們飛走，還能用化學物質來控制蚜蟲。在螞蟻信息化學物質的影響下，共生蚜蟲走得慢，也“不願意”離開。但究竟是什麼信息化學物質能把蚜蟲“留住”，這篇論文并沒有明确。

陳立讀到這篇文獻時，還在國外做博士後。他對這個方向的研究萌生了很大興趣。

信息相通 心有靈犀

回國後，陳立開始着手在實驗室建立螞蟻—蚜蟲共生體系，他選擇了自己熟悉的紅火蟻和國内常見的棉蚜作為實驗對象。

研究發現，當紅火蟻和棉蚜共生時，棉蚜的種群數量增長很快。一系列的化學成分分離、人工合成、電生理活性和行為活性測試顯示，紅火蟻釋放的跟蹤信息素就是螞蟻用于控制蚜蟲的信息化學物質。跟蹤信息素中的主要成分——Z,E-a-farnesene能抑制棉蚜的擴散，提高蚜蟲的繁殖率。

那究竟什麼是跟蹤信息素呢？

螞蟻本身是一類社會性昆蟲，群體内所有分工協作都受到信息化學物質的調控。當一隻工蟻在覓食過程中發現食物後，會返回巢穴招募同伴搬運食物，并在走過的路徑上留下一些特殊的信息化學物質，以指引同伴前往食物所在地，這種信息化學物質就是跟蹤信息素。對紅火蟻來說，取食棉蚜排洩的蜜露就是一種覓食行為，所以紅火蟻會在棉花植株上留下跟蹤信息素。

“一個物種的信息素可以影響另一個物種，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，以此為線索來跟蹤捕食白蟻。但一個物種的信息素能影響到另一個物種的生殖行為，這可能還是第一次報道。”陳立說。

論文推測，螞蟻跟蹤信息素展現出的這種功能具有重要的生态學意義。“對蚜蟲來說，跟蹤信息素代表着螞蟻‘保護神’就在身邊，讓它們有安全感，更願意生娃而不是搬家；而對螞蟻來說，安撫了蚜蟲，也就保障了自己的食堂有源源不斷的蜜露供應。”陳立說。

師法自然 互利互惠

《當代生物學》同期配發了荷蘭瓦格甯根大學植物科學系教授Duur K. Aanen等為這項研究撰寫的快評——《進化：螞蟻跟蹤信息素促進螞蟻—蚜蟲互惠共生》。

“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。有證據顯示，蚜蟲在入侵一些地區後，會與當地的螞蟻種群建立互惠共生的關系，盡管它們此前都沒有共同進化過。”評論認為紅火蟻和棉蚜在相遇之前可能已經存在奇妙而默契的關系。

無論紅火蟻還是棉蚜，它們在向世界各地擴張的過程中，都取得了很大的“成功”，甚至比在原生地繁衍得還要興旺，這要歸功于兩種生物之間互利互惠的關系。

作者認為，探究紅火蟻和棉蚜之間這種複雜密切的關系，也為人類重新理解畜牧業和馴化的内涵、重新認識人與家禽家畜之間的關系，提供了寶貴的啟迪。

“我們通常從以人類為中心的角度來看待畜牧業：農民為了自身利益而剝削動物，動物隻能被動配合。但事實上畜牧業本身就是互惠共生的一個例子，人和動物都會從中獲益，甚至在彼此适應的過程中獲得遺傳上的改變。”

來源： 《中國科學報》

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