果蠅用乙醇保護幼蟲,抵御身體入侵者

生物

導讀原文作者:Ed Yong翻譯:mikegao 圖為果蠅屬黑腹種的果蠅和寄生黃蜂(Leptopilina boulardi,本研究中所用黃蜂的近親) 本研究實驗對像包括:GEORGE NOVAK (果蠅) 和 ALEX WILD (黃蜂) 如果你的嬰兒有可能被可怕的身體掠奪者搶占,那就只有一種方法對付它——用乙醇盡快將它們放倒。 去年,亞特蘭大埃默裡大學的Todd Schlenke發現了黑腹果蠅能將乙醇當做藥物來使用。與許多昆蟲類似 ...

原文作者:Ed Yong
翻譯:mikegao

圖為果蠅屬黑腹種的果蠅和寄生黃蜂(Leptopilina boulardi,本研究中所用黃蜂的近親)

本研究實驗對像包括:GEORGE NOVAK (果蠅) 和 ALEX WILD (黃蜂)

如果你的嬰兒有可能被可怕的身體掠奪者搶占,那就只有一種方法對付它——用乙醇盡快將它們放倒。

去年,亞特蘭大埃默裡大學的Todd Schlenke發現了黑腹果蠅能將乙醇當做藥物來使用。與許多昆蟲類似,這些果蠅也被寄生黃蜂盯上,在它們身體裡產卵。為了阻止剛孵化的黃蜂將它們活活殺死,果蠅幼蟲會使用足以達到有毒級別的乙醇。這能夠殺死許多黃蜂卵,並對幸存的黃蜂造成嚴重的創傷。但是,生活在發酵水果產生的自然乙醇環境中的果蠅,已經進化到足以應付這種酒釀。這種不尋常的藥物對它們幾乎沒有副作用。

果蠅並不只是把乙醇當做治療手段。Schlenke的團隊現在發現它們可以把乙醇當做某種疫苗來使用。只要一看到寄生黃蜂,雌性果蠅就會把卵產到含乙醇的食物中,使其幼蟲立即獲得抵御黃蜂的防護。

Schlenke的學生Balint Kacsoh為雌性果蠅准備了兩盤食物——一盤含有6%的乙醇,另一盤則不含乙醇。獨處的雌性果蠅,在40%的時間裡選擇了含乙醇的那盤,但是如果籠子裡有雌性寄生黃蜂,雌性果蠅選擇含乙醇的那盤的時間則有90%。6%的酒精?足以起效了。不過如果有條件,雌性果蠅會選擇乙醇含量更高的酒釀。它們會在乙醇含量為12%-15%的食物上產卵,那已經是自然界能找到的最高乙醇濃度了。

雌性果蠅的選擇保住了幼蟲蠅蛆的性命。正常情況下,有90%的幼蟲都活到了成年期。如果有寄生黃蜂這個身體掠奪者在周圍活動,這一比例則要低到可憐的10%。但是如果幼蟲被生產在含乙醇的食物上,這一比例則會回升至50%。這可能是由於它們治愈感染的能力較強,且從開始就不易被感染。

果蠅並非一看到任何黃蜂就衝向乙醇。它們能夠辨別會孕育幼蟲的雌性黃蜂和不能孕育幼蟲的雄性黃蜂。如果它們與雄性黃蜂關在一起,它們不會選擇含乙醇的食物。它們對乙醇的喜好,只有在看到能感染果蠅幼蟲的黃蜂時,才會產生,而面對能感染蠅蛹的黃蜂時則不會產生。畢竟,果蠅幼蟲通常會離開孵化地。等到它們開始化蛹的時候,母蠅對孵化地點的選擇,對它們是否會被黃蜂捕獲已經沒多大關系了。

這實在是太奇妙了!果蠅攜帶著一種危險黃蜂的心理意像,這意像獨特到能讓果蠅分辨出雌雄,並且能在面對多種多樣的危險物種之時,無視那些無關的物種。這完全依賴於視覺。該研究團隊發現,那些致盲的突變昆蟲,從來都不能選擇含乙醇的地方,但是那些缺失正常嗅覺的突變昆蟲則仍然能夠做出選擇。

多數人都會止步於此,但是Schlenke的團隊卻繼續深入,彙集出了雌性果蠅腦中所發生的一切。這些實驗表明,這種昆蟲對乙醇的態度,與它們的視覺和記憶、以及連結看似相互分離的神經節點的那些相同分子密切相關。

例如,當果蠅看到一只危險的黃蜂,它們腦中負責識別模型的部分就會經歷NPF蛋白質含量的降低。然而NPF的流失則會增強果蠅對乙醇的耐受性和偏愛度。這種分子將對一種威脅的視覺和一種防御性的行為聯系在了一起。如果研究團隊人為地向果蠅腦中注射更多NPF,它們就不會再選擇含乙醇的環境。如果研究團隊完全移除NPF,即使周圍沒有黃蜂,果蠅也更傾向於落在含乙醇的地方。

另外一種叫做Adf1的蛋白質,與長期記憶相關,其控制著果蠅在首次遇到危險黃蜂之後的數天內記住黃蜂的能力。如果沒有Adf1,果蠅在看到黃蜂之後仍然會轉向乙醇,這是它們與生俱來的本能,但是它們的記憶則會隨時間衰退。Adf1也控制著負責分解乙醇的基因。這種蛋白質使得昆蟲不僅能夠記得它們能用酒釀抵御威脅,而且能夠首先耐受酒釀。

耐受度十分重要。高濃度的酒精能夠殺死許多發育期的昆蟲,但是黑腹果蠅卻能夠抵抗乙醇的負面作用,並從中獲益。Schlenke的團隊測試了6種果蠅屬近親的果蠅,發現只有3種能夠耐受高濃度的酒精。並且只有這三種果蠅能用乙醇給幼蟲接種,以抵御黃蜂。縱觀這些昆蟲的歷史,其耐受乙醇並將其用作藥物的能力,已經代代傳承演化了無數次。


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