这项发表在科学期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的发现,为蜂群如何在缺乏领导者分配任务的情况下组织其劳动力提供了新的见解。
蜜蜂如何在无领导者的情况下分工
任何成功的社群都依赖于其成员在正确的时间完成正确的工作。人类可以讨论职责并有意识地分配任务,但蜂群没有中央规划者。即便如此,蜜蜂(Apis mellifera)仍能以惊人的效率进行分工。
工蜂的职责通常会随着年龄增长而变化。年轻的工蜂负责照顾蜂王和发育中的幼虫。随后,它们协助建造和维护蜂巢,并抵御威胁。只有在生命的最后阶段,它们才会离开蜂群去寻找食物。
这些行为变化是由蜜蜂大脑中约一百万个神经元之间的相互作用所引导的。然而,直到现在,科学家们仍不清楚神经系统是如何产生这种随年龄增长从一项任务过渡到另一项任务的进程的。
与工蜂行为相关的基因
重要的线索来自HHU进化遗传学研究所马丁·贝耶(Martin Beye)教授博士领导团队早期的研究。科学家们在研究一种名为 doublesex 的基因时,观察到了异常的行为变化。
当这一基因在年长的工蜂体内被失活时,这些昆虫重新开始照顾蜂王。这项职责通常只由年轻的工蜂承担,这表明 doublesex 基因在控制随年龄变化的工作行为方面发挥着重要作用。
由于 doublesex 基因仅在特定的神经回路中起作用,这一发现为贝耶教授的团队以及来自科隆大学和法兰克福大学的研究人员提供了一种途径,以研究蜜蜂大脑的特定部位如何影响社会行为。
科学家关闭特定神经回路
研究人员选择性地沉默了与 doublesex 相关的神经元。为了实现这一点,他们利用该基因产生一种抑制神经活动的蛋白质。随后,他们通过喂食蜜蜂一种特定物质来激活该蛋白质,从而使其仅减少目标回路中的活动。
一旦这些回路被抑制,年长的工蜂就会重新回去照顾蜂王,而不是执行其年龄段预期的职责。
这项PNAS研究的第一作者雅娜·赛勒(Jana Seiler)博士说:“这些年长的工蜂随后重新开始照顾蜂王,这通常只有年轻的工蜂才会做。当回路未被抑制时,蜜蜂表现出正常的、与年龄相关的行为。通过这种方式,我们能够控制工蜂执行哪些任务。”
神经通讯可能组织着蜂巢
结果表明,蜂群内的任务组织具有神经基础。当大脑特定区域的活动减少时,其他神经回路可能会变得活跃,并触发一组不同的行为。
这些发现提供了早期证据,表明神经回路之间的通讯有助于决定工蜂是照料蜂王、建造或守卫蜂巢,还是外出觅食。
贝耶教授总结道:“控制蜜蜂社会行为的能力为我们探索先天行为多样性和社会合作的基础提供了新的机会。蜜蜂和其他动物在没有工作蓝图的情况下如何如此良好地合作的秘密,其答案很可能隐藏在大脑的神经回路中。”