一项新研究表明,现实情况要复杂得多。
研究人员发现,未来的蜂王是在由年轻工蜂建造的专门设计的哺育室中长大的。这些哺育室提供了独特的蜂蜡、更温暖的环境以及专门的照料,有助于引导幼虫发育成健康的蜂王。
发表在《自然》杂志上的这些发现表明,被称为王台的结构——有时被称为“皇家摇篮”——不仅仅是保护性的容器。它们是精心构建的环境,在蜂王发育中起着关键作用。研究小组还发现了一群以前未知的年轻工蜂,被称为“王台建造者”,它们似乎特别适合创造和维护这些哺育室。
“旧的观点相对简单:取一枚卵,将其移入王台,喂食蜂王浆,你就会得到一只蜂王,”加州大学河滨分校综合蜜蜂研究中心(CIBER)主任、昆虫学家鲍里斯·贝尔说,他的实验室参与了这项工作。“我们发现这背后有一整套机制。这比我们想象的要复杂得多。”
蜂王需要的不仅仅是蜂王浆
蜂王和工蜂的生命起点几乎相同,都是从几乎完全相同的卵中孵化出来的。尽管起点相似,但蜂王体型更大,发育更快,寿命也比工蜂长得多。它们也是蜂群中唯一产卵的雌性,负责繁衍下一代蜜蜂。
几十年来,研究人员一直认为蜂王浆——一种由工蜂喂给幼龄幼虫的营养丰富物质——是这种戏剧性转变的主要驱动力。
这项新研究表明,仅靠营养无法解释所发生的一切。
科学家们结合使用热成像、行为监测、材料科学技术和化学分析,检查了培育蜂王的环境。他们发现,王台与用于培育工蜂的常见六边形巢房之间存在重大差异。
王台的特殊作用
王台具有独特的花生状外形,由在物理和化学性质上不同于普通蜂巢蜡的蜂蜡构建而成。这种材料密度较低,柔韧性更好,更能保持热量和水分,为蜂王发育创造了有利条件。
研究人员还在蜂蜡的脂肪酸和化学信号方面发现了差异,表明王台提供了独特的发育环境。
为了确定这些哺育室是否真的影响发育,研究小组分别在由蜂王蜡或标准工蜂蜡制成的巢房中培育蜂王幼虫。即使两组幼虫获得的食物相同,在工蜂蜡中培育的幼虫死亡率更高,且最终发育成的蜂王体型较小。
结果表明,在塑造未来蜂王的过程中,周围环境与饮食同样重要。
认识王台建造者
这项研究还揭示了负责创建和维护这些皇家哺育室的工蜂。
这些被称为“王台建造者”的蜜蜂通常比蜂群中的许多其他工蜂更年轻。在照料发育中的蜂王时,它们保持着较高的体温,并经历似乎与其特殊角色相关的生理变化。
这种额外的热量可能有助于解释为什么蜂王发育得如此之快。蜂王大约在16天内发育成熟,而工蜂则需要大约21天。当蜂群急需新蜂王时,这种更快的发育速度至关重要。
王台建造者不仅仅是重复使用现有的蜂蜡,它们还会主动收集、修改和丰富用于皇家哺育室的材料。它们的身体还激活了与蜂蜡生产相关的不同生物通路,有效地改变了它们在执行此任务时的运作方式。
为了观察这些材料是如何收集的,研究人员向普通蜂巢中添加了微量的石墨。随着时间的推移,王台内部出现了变黑的蜂蜡,表明工蜂正在选择性地收集并转化蜂巢其他地方的材料,用于蜂王的发育。
蜂群内部的皇家宫廷
贝尔认为,这一过程比典型的昆虫育儿室更像是一个高度有组织的体系。
证据表明,这是蜂群为产生其下一任统治者而做出的高度协调的努力。
“你可以把它想象成类似白金汉宫的地方,”他说,“有一群专门的蜜蜂完全专注于培育蜂王,如果它们做不好,蜂群就无法繁殖。”
研究人员在亚洲和欧洲蜜蜂物种中都观察到了相同的模式,这表明这种策略在很久以前就进化出来了,并且可能在蜜蜂中广泛存在。
该项目汇集了行为学、生理学、化学、材料科学和基因组学方面的专家。项目由加州大学河滨分校前博士后研究员 Yu Fang 和 Yahya Al Naggar 领导。
“就其协作性质而言,该项目反映了 CIBER 更广泛的理念,即将不同学科聚集在一起解决复杂的生物学问题,”贝尔说。
这一发现对蜜蜂之外的意义
这些发现可能具有超越蜜蜂本身的意义。它们表明,生物的发育可能不仅受遗传和营养的影响,还受生物所经历的物理和社会环境的影响。
多年来,蜂王似乎提供了生物学中最简单的发育例子之一:特殊的食物造就了特殊的昆虫。这项研究描绘了一幅更丰富的图景。蜂王不仅仅是靠蜂王浆诞生的。相反,整个蜂群协同工作,为其成功创造了必要的条件。
“这项工作突显了昆虫社会中存在的巨大复杂性,”贝尔说。“蜂群不仅仅是个体的集合。它们作为能够构建自身环境的整合生物系统发挥作用。”