多巴胺激發(fā)蜜蜂的『食物欲望』揭示昆蟲的食欲激活系統(tǒng)，蜜蜂或將成為新的低成本實驗動物

蜜蜂也會跳舞，而且還有多巴胺？研究蜜蜂已有二十余年的福建農(nóng)林大學動物科學學院（蜂學學院）副院長蘇松坤最近又有新發(fā)現(xiàn)。

蘇松坤（左一）和學生

在此次工作中，他關注的是蜜蜂采完食物回到蜂巢之后，會表現(xiàn)出一種跳舞行為，從而告訴其它的蜜蜂蜂巢外面有食物。

早在2010年，蘇松坤就解剖了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂的腦部，通過檢測生物胺類的神經(jīng)遞質，發(fā)現(xiàn)了跳舞蜜蜂和采集花粉蜜蜂腦部多巴胺水平較高，同時還檢測到五羥色胺等生物胺類化學物質。

他說：“當時就覺得比較奇怪。我們的最初目的是研究蜜蜂的跳舞行為。在發(fā)現(xiàn)跳舞和采集食物的蜜蜂腦部存在多巴胺之后，我們也檢測了不同勞動分工的蜜蜂腦部的生物胺類的神經(jīng)遞質，借此發(fā)現(xiàn)了一些差異，但是規(guī)律并不明顯。”

蘇松坤教授和學生

后來，隨著研究的深入，本次論文的共同趙元洪在實驗過程中，把定點采集的蜜蜂個體一個一個標記起來。通過標記，可以監(jiān)測到每一個個體的采集行為和跳舞表現(xiàn)。另外，趙元洪還把蜜蜂腦部的解剖做得非常漂亮，為研究打下不錯的技術基礎。

接著，同是第一作者的黃景南對蜜蜂的5種不同狀態(tài)進行研究，分別是到達食物源、吃飽、回到蜂巢開始跳舞、跳舞結束、以及實驗結束后的安靜狀態(tài)。

最開始，該團隊想找出蜜蜂腦部里面的哪些分子激發(fā)并支撐著跳舞行為。測試之后發(fā)現(xiàn)，多巴胺的變化很有規(guī)律：蜜蜂開始跳舞時，多巴胺水平升高；蜜蜂結束跳舞時，多巴胺水平降低。另外，在蜜蜂飛向食物源的過程中，多巴胺水平升高；吃飽后，腦部多巴胺水平降低。

后面，課題組一直在猜測，多巴胺是否和跳舞有直接關系？隨后，他們通過實驗去驗證這一假設。之后，又根據(jù)多巴胺在高等動物里的一些功能，提出另外一種猜測，即多巴胺和食物欲望有關系。

提出這一假設的原因在于：蜜蜂到達食物源之后，雖然沒有跳舞，但是腦部多巴胺也升高了。研究中，課題組也通過隧道實驗排除了第一個猜想，于是他們覺得多巴胺可能和食物欲望有更直接的關系。

以人類為例，多巴胺是一種很重要的神經(jīng)遞質，與生理、心理、行為等息息相關。鑒于此，張曌楠、封王江兩位同學進一步聚焦多巴胺的功能。通過查資料，他們發(fā)現(xiàn)多巴胺在其他生物體內也非常重要。

針對這個假設，該團隊又設計了相應的實驗。在論文中，研究一主要展示所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律，研究二和研究三則是來驗證這一猜想。

在研究二中，他們通過藥物將蜜蜂體內的多巴胺信號阻斷，即對多巴胺受體進行抑制，結果發(fā)現(xiàn)蜜蜂采集食物的頻率變慢了，且每一次采集往返的時間也有所延長。其中，總時間包括飛行時間和待在蜂巢里面的時間，實驗結果發(fā)現(xiàn)待在巢內的時間延長，而飛行時間沒有太大變化，這說明多巴胺拮抗劑使得蜜蜂的采集欲望降低。

在研究三中，為進一步研究多巴胺和食物欲望的關系，課題組設計了饑餓實驗，隨后發(fā)現(xiàn)蜜蜂饑餓到2個小時的時候，多巴胺明顯增高；但是到4個小時的時候，多巴胺水平并未升高。

這說明蜜蜂和人一樣，饑餓的時候尋找食物的欲望也會增加。同時，該團隊也通過正向激勵進行驗證，即通過多巴胺激動劑提高多巴胺的濃度。期間采用了一個研究蜜蜂氣味學習記憶的模型，其類似于巴普洛夫的條件反射實驗。

蘇松坤表示，蜜蜂有非常好的氣味學習記憶能力，它們的氣味學習記憶能力比我們人類要強得多。

在實驗中，他們先給蜜蜂一種氣味刺激，其實就是一種揮發(fā)性的化學物質，然后用糖水觸碰它的觸角，它的吻和口器就會伸出來。借此他們發(fā)現(xiàn)，多巴胺的濃度和信號增強以后，蜜蜂對于食物相關的氣味學習記憶能力有所增強，這也讓多巴胺與食物欲望的關系得到驗證。

2022年4月28日，相關論文以《蜜蜂腦部瞬時激活的多巴胺信號調控食物欲望》為題發(fā)表。碩士研究生黃景南、張曌楠、封王江和趙元洪為共同第一作者，蘇松坤和法國圖盧茲第三大學教授馬丁·朱爾法教授為通訊作者。

此外，蘇松坤補充稱：“蜜蜂跳舞行為試驗季節(jié)性很明顯，一般在9月～12月，福建的秋季是最適宜開展蜜蜂跳舞行為試驗的時間，也就是外界蜜源少、秋高氣爽的時候，蜜蜂會很興奮地去采人工提供的糖水回巢跳舞。”

“對蜜蜂的舞蹈行為很著迷”

2005年，蘇松坤在德國維爾茨堡大學正式開始蜜蜂行為的研究，由于其博士時主要開展蜜蜂分子生物學的研究，他琢磨著把自己蜜蜂分子生物學的經(jīng)驗與德國行為研究的優(yōu)勢結合起來，開始了蜜蜂行為的分子基礎研究。在探究蜜蜂跳舞時，他發(fā)現(xiàn)蜜蜂腦部一些分子發(fā)生了很重要的變化。而本次論文則主要關注行為和神經(jīng)分子方面，即發(fā)現(xiàn)蜜蜂多巴胺激發(fā)食物欲望，通過一些藥物刺激來進行研究。

即便本次論文已經(jīng)發(fā)表，但是對于分子具體如何工作，目前仍然不知道，而該團隊也正進行后續(xù)研究。蘇松坤說：“跳舞行為相關的試驗實際上很難做，因為一年里面大概只有二三個月的黃金時間。在其他時間，蜜蜂對于人工投喂的食物并不總是表現(xiàn)出跳舞行為，這一現(xiàn)象目前仍然無法解釋。”

據(jù)介紹，蘇松坤本科就讀于福建農(nóng)學院蜂學專業(yè)，當時陰差陽錯以為能去讀食品科學（農(nóng)產(chǎn)品儲存與加工），結果通知書上卻是蜂學專業(yè)。

1993年3月，畢業(yè)實習時，他來到浙江農(nóng)業(yè)大學，開始蜜蜂科學相關的研究，做蜂王漿高產(chǎn)蜂種的染色體研究時，他做得很認真很刻苦很執(zhí)著，這被指導老師陳盛祿教授看在眼里，隨后他留在了浙江農(nóng)業(yè)大學，真正開始蜂學的教學研究生涯。

“1993年8月，我到浙江農(nóng)業(yè)大學入職報到，從那個時候開始，就真正地感覺自己這輩子要認認真真做蜜蜂了。”蘇松坤表示。

1993年～1995年，他到蜂場進行基層鍛煉，養(yǎng)了一年多的蜜蜂。他說：“我記得自己在1994年一共養(yǎng)了1000多只蜂王，那段時間對我各個方面的幫助都很大，經(jīng)歷了養(yǎng)蜂周年生產(chǎn)的全過程，也是我印象最深刻的一年。夏天，我住在一個廢棄的豬圈里面，也就是現(xiàn)在的杭州東站附近，這讓我體驗到養(yǎng)蜂很辛苦，要養(yǎng)好蜜蜂很不容易。我的運氣比較好，1995年以后，我回到學校，考上碩士，之后又攻讀了博士。2000年，我到意大利交流學習了3個多月，對我英語的幫助還是蠻大的，也讓我見識了國際先進水平的現(xiàn)代養(yǎng)蜂技術，開拓了視野。”

其博士課題是中華蜜蜂蜂王漿主蛋白基因的克隆和生物信息學方面的研究。2004年博士畢業(yè)后，經(jīng)一位德國馬普所的朋友司提反·阿爾伯特博士推薦，認識了德國維爾茨堡大學尤爾根·陶茨教授，尤爾根·陶茨教授對蘇松坤博士論文做蜂王漿主蛋白基因的研究很感興趣，尤爾根·陶茨教授邀請?zhí)K松坤博士于2005年去德國維爾茨堡大學訪問交流，并開展合作研究，該校蜜蜂社會行為研究實驗室最早由卡爾·馮·弗里斯的學生兼合作者馬丁·林道爾教授開創(chuàng)，是1973年諾貝爾獎獲得者。到德國以后，蘇松坤主要研究蜜蜂蜂群內不同亞家系的工蜂的勞動分工課題，并開始對蜜蜂行為特別是舞蹈行為很著迷。

他回憶稱：“我在德國的時候也是非常的認真，基本上沒怎么出去玩過，周末全泡在實驗室，著了迷似的地做實驗。派出的時候，潘云鶴校長說的話我印象還非常深刻。他說：‘你們除了到國外去學技術、做實驗以外，還要跟國外同行建立很好的合作關系，開闊你們的視野和朋友圈。’”

在德國，他結識了本次論文的合作者——著名的蜜蜂行為研究華人科學家、澳大利亞國立大學的張少吾教授，回國以后，蘇松坤對蜜蜂行為和分子的研究更是一發(fā)而不可收，并一直與張教授保持良好的合作研究關系。

蜜蜂行為也可啟迪人類發(fā)展

蘇松坤教授和學生

蜜蜂是非常典型的社會性昆蟲，蜜蜂個體離開群體便會無法生存，更不能完成繁衍后代的使命。人類也是社會性生物，所以蜜蜂的很多社會行為，對人類有著很好的啟迪作用，例如信息交流、化學通信、飛行導航、蜂群智慧、民主監(jiān)督、勞動分工、學習記憶、與自然相處的策略等。

從研究角度來講，蜜蜂也是研究社會行為和健康的模式生物。不僅如此，蜜蜂的授粉很重要，對于很多農(nóng)作物果蔬來說，如果沒有蜜蜂授粉，產(chǎn)量就會降低很多。據(jù)統(tǒng)計，蜜蜂授粉每年為我國增加3 0 4 1億元的經(jīng)濟價值。在野生生態(tài)環(huán)境中，通過授粉，蜜蜂還會把一株植物的基因帶到另外一株上，從而促進同種植物不同植株間的基因交流，產(chǎn)生更多更好的基因組合后代，提高植物的果實和種子的產(chǎn)量和品質，促進植物的繁榮，為野生動物提供更豐富的食物，提高生物多樣性。

盡管蜜蜂確實是很好的經(jīng)濟動物，但是當前社會對蜜蜂的認識也很有限，這可能和科普不夠有關系。蘇松坤指出：“實際上，將綠化統(tǒng)一都變成草坪，對授粉昆蟲來說是不利的。我們國家越來越重視生態(tài)文明建設，包括生物多樣性和生態(tài)環(huán)境保護，所以我相信蜜蜂會在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設中發(fā)揮越來越重要的作用，蜜蜂也會為人類健康貢獻更多更好的甜蜜和滋養(yǎng)。”

蘇松坤的微信昵稱中，有兩個字叫“蜂諾”，即蜜蜂的諾言，與蜜蜂的舞蹈語言不無關系，因為蜜蜂通過舞蹈告訴其它同伴真實的有價值的蜜源信息。

另據(jù)悉，蘇松坤也做蜜蜂遺傳育種、生物技術、基因編輯的研究，在研究跳舞行為的過程中，他發(fā)現(xiàn)一些和采集性狀有關的關鍵分子，需要進一步的驗證和功能研究，可能在蜜蜂育種和養(yǎng)蜂生產(chǎn)上會有重要價值。爭取盡快做到既“頂天”，又“立地”的效果。

最后，蘇松坤總結稱，蜜蜂授粉的“月下老人”作用，對農(nóng)業(yè)的生態(tài)、增產(chǎn)效果似應刮目相看。蜜蜂對人類非常重要，且不可替代。盡管論文發(fā)表在《科學》，但是蘇松坤覺得也只是發(fā)現(xiàn)了蜜蜂的一種行為而已。他認為，后續(xù)可把蜜蜂作為一種研究多巴胺相關疾病的實驗動物，觀察多巴胺水平升高或阻斷以后的學習記憶、行為健康變化，比起猴子或其他用于做實驗的動物，成本要低很多，而且容易獲得。他說：“蜜蜂的數(shù)量很多，腦部也很容易進行解剖和觀察研究，所以我覺得這項研究的重要科學價值還是在這里。”