白蟻巢間識(shí)別行為研究進(jìn)展
摘要:白蟻是一類(lèi)古老的社會(huì)性昆蟲(chóng),其巢內(nèi)有眾多個(gè)體。為了維持巢群的健康發(fā)展,巢內(nèi)個(gè)體間進(jìn)化了同伴識(shí)別行為。近幾年中,國(guó)內(nèi)外許多白蟻研究工作者,對(duì)白蟻同巢個(gè)體間的識(shí)別機(jī)理作了大量研究,取得了大量進(jìn)展,但迄今為止仍未完全闡明。本文介紹了國(guó)內(nèi)外這方面的研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞:白蟻、同伴、識(shí)別行為
對(duì)所有的社會(huì)性昆蟲(chóng)而言,識(shí)別同巢個(gè)體和異巢個(gè)體是一項(xiàng)非;厩抑匾哪芰。親系識(shí)別使重親行為(nepotism)的實(shí)現(xiàn)成為可能,有利于種群的生存與繁衍。對(duì)社會(huì)性昆蟲(chóng)而言,親系識(shí)別的主要內(nèi)容就在于巢間識(shí)別(nestmate recognition),其具體表現(xiàn)為巢群內(nèi)相互合作和利它,巢群間相互排斥甚至強(qiáng)烈進(jìn)攻。格斗行為是存在于社會(huì)性昆蟲(chóng)中的一種特有行為,表現(xiàn)為對(duì)異巢個(gè)體不同程度的攻擊性行為,格斗行為可發(fā)生在種內(nèi),也可發(fā)生在種間。格斗行為對(duì)社會(huì)性昆蟲(chóng)非常重要,它可以保護(hù)巢群有限資源,維持正常生活,有效繁衍后代和抵御外族入侵。巢間識(shí)別的另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是同巢交哺(trophallaxis)。社會(huì)性昆蟲(chóng)具有明確的分工,工蟻或工蜂是巢群中最基礎(chǔ)、最忙碌的一個(gè)品級(jí),其任務(wù)之一就是負(fù)責(zé)喂養(yǎng)幼蟲(chóng)及其它品級(jí),工蟻或工蜂的這種行為就是交哺行為。白蟻間的交哺行為不僅僅通過(guò)口道,還可以用肛門(mén)實(shí)現(xiàn)交哺,從而實(shí)現(xiàn)食物互換。交哺行為在社會(huì)性昆蟲(chóng)中普遍存在,它具有重要的生物學(xué)意義。它除了使覓食能力退化的“王族”和“兵族”得以生存外,還是一個(gè)信息和物質(zhì)傳遞與交流的過(guò)程。如等翅目部分種類(lèi)通過(guò)交哺行為傳遞纖維素代謝所必需的腸道微生物,促進(jìn)組織氮的有效再循環(huán)(Machida et al., 2001)。Kirchner和Minkley(2003)利用昆蟲(chóng)的交哺行為,對(duì)一種草白蟻(harvester termite)Hodotermes mossambicus的親系識(shí)別現(xiàn)象作了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與異巢幼蟻相比,H. mossambicus更傾向于交哺本巢幼蟻。親系識(shí)別對(duì)社會(huì)性昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)非常重要,被認(rèn)為是昆蟲(chóng)社會(huì)性起源和演化的必要條件(譚聲江等,1998)。國(guó)際上有大量研究都致力于確定動(dòng)物進(jìn)行親系識(shí)別的功能化合物,研究識(shí)別化學(xué)物質(zhì)的主要目的不在于探索該類(lèi)物質(zhì)的新穎性,而在于動(dòng)物信號(hào)的潛在復(fù)雜性以及建立化學(xué)和行為之間的聯(lián)系。目前對(duì)膜翅目社會(huì)性昆蟲(chóng)個(gè)體間的識(shí)別研究已比較成熟,而對(duì)于等翅目昆蟲(chóng)--白蟻來(lái)說(shuō),尚處于摸索階段。
1 化學(xué)識(shí)別物質(zhì)的研究途徑
Breed(1998)認(rèn)為,具有識(shí)別作用的化學(xué)物質(zhì)必須滿足四個(gè)要求:1)化合物至少存在于種群的某些成員中;2)化合物的種類(lèi)或濃度在種群的不同成員間有所差異;3)化學(xué)物質(zhì)可以被檢測(cè)到;4)調(diào)節(jié)化合物濃度,或者調(diào)節(jié)相關(guān)的化感反應(yīng),會(huì)影響昆蟲(chóng)的識(shí)別能力。Breed(1998)同時(shí)總結(jié)了鑒定親系識(shí)別物質(zhì)常用的三種研究途徑,分別是相關(guān)性研究、移除和替代及化學(xué)增補(bǔ)!八膫(gè)要求”與“三種途徑”之間的關(guān)系可以由表1-1示意:
表1-1 “4個(gè)要求”與“三種途徑”之間的關(guān)系(引自Breed, 1998)
研究途徑 | 1. 存在 | 2. 差異 | 3. 可檢測(cè) | 4. 有相應(yīng)作用 |
相關(guān)性研究 | 是 | 是 | 否 | 否 |
移除和替代 | 是 / 否* | 否 | 是 | 是 |
化學(xué)增補(bǔ) | 否 | 否 | 是 | 是 |
*:根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件確定
(1)相關(guān)性研究
進(jìn)行相關(guān)性研究的理論基礎(chǔ)在于:與親系識(shí)別能力有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)在不同個(gè)體間存在差異。大部分實(shí)驗(yàn)中昆蟲(chóng)的識(shí)別能力都是通過(guò)生物測(cè)定來(lái)判定的。比如在多種黃蜂、螞蟻和蜜蜂中,表皮碳?xì)浠衔锏牟町惻c巢群差異相關(guān)。但是因?yàn)椴](méi)有涉及到這些差異性物質(zhì)的功能研究,所以?xún)H僅這些發(fā)現(xiàn)是不能夠充分證明表皮烴與巢間識(shí)別之間的確切關(guān)系的。昆蟲(chóng)的表皮提取物通常富集大量的碳?xì)浠衔,通過(guò)氣相色譜可以知道這類(lèi)物質(zhì)很容易分散為各種形式。輸出的圖譜顯示為可能對(duì)應(yīng)于某種化合物的一系列峰。在這樣一張色譜圖中同時(shí)檢測(cè)到30-40個(gè)峰是很平常的事,從這么復(fù)雜的色譜圖中很難判定不同巢群間峰的差異度。因此單純從波譜上的差異來(lái)判斷表皮烴是巢間識(shí)別物質(zhì)還是缺乏有力依據(jù)的。
(2)移除和替代
移除和替代實(shí)驗(yàn)中,選擇性的保留或去除某些物質(zhì),然后進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)中通常會(huì)用到兩種手段:1)改變昆蟲(chóng)的化學(xué)識(shí)別源(如巢群環(huán)境或食物環(huán)境);2)從昆蟲(chóng)個(gè)體和巢穴物質(zhì)中提取相關(guān)物質(zhì)。第一種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單易行,通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以觀察到化學(xué)源改變前后昆蟲(chóng)識(shí)別行為的變化情況,從而確定這些移除或替代的材料中是否含有識(shí)別信息物質(zhì)。第二種方法是在溶液狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試的,相對(duì)來(lái)說(shuō)很不完善,在使用范圍和精確度上存在較多缺陷。某些社會(huì)性昆蟲(chóng)用筑巢材料作為識(shí)別信號(hào)物,或傳播識(shí)別信號(hào)的介體。在這類(lèi)昆蟲(chóng)中,移除和替代的方法往往很有效。
(3)化學(xué)增補(bǔ)
化學(xué)增補(bǔ)的方法可以測(cè)試單獨(dú)的某種化合物在個(gè)體識(shí)別中的作用,這在前兩種途徑中是比較難達(dá)到的。在這類(lèi)實(shí)驗(yàn)中,對(duì)活體動(dòng)物使用某種化合物,然后再測(cè)試該動(dòng)物的識(shí)別反應(yīng)前后是否改變;瘜W(xué)增補(bǔ)方法的不足是,應(yīng)用于活體動(dòng)物的化學(xué)物質(zhì)的量往往高于自然濃度。目前該方法也僅僅在蜜蜂中應(yīng)用得較普遍。
2 進(jìn)行巢間識(shí)別的化學(xué)物質(zhì)
目前對(duì)膜翅目昆蟲(chóng)巢間識(shí)別機(jī)制的研究已經(jīng)比較成熟,但對(duì)等翅目昆蟲(chóng)白蟻的研究還相對(duì)落后,許多理論還處于假設(shè)階段。比較公認(rèn)的一個(gè)理論是“巢群氣味”理論,即不同巢群的白蟻各自擁有巢群特色的化學(xué)物質(zhì)作為識(shí)別信號(hào)。根據(jù)起源的不同,巢群氣味可以分為內(nèi)源性的和外源性的兩類(lèi)。內(nèi)源性巢群氣味包括表皮碳?xì)浠衔、表皮極性物質(zhì)、腺體分泌物等等(Su and Haverty, 1991),外源性物質(zhì)包括揮發(fā)性的助消化物質(zhì)以及筑巢材料等等,其中研究最多的是碳?xì)浠衔。昆蟲(chóng)的碳?xì)浠衔锊皇怯杀砥ず铣傻,但是集中沉積在表皮區(qū)域,它真正的合成區(qū)域位于腹部,靠近體表覆蓋物的地方(Ferveur et al., 1997)。對(duì)于螞蟻來(lái)說(shuō),碳?xì)浠衔锏暮铣蛇有另一個(gè)器官,那就是后咽腺(PPG)(Lucas et al., 2004)。體內(nèi)合成的碳?xì)浠衔镞\(yùn)輸?shù)襟w表是由運(yùn)脂蛋白(Lipophorin)完成的(Schal et al., 2001)。在血淋巴這個(gè)液體條件下,運(yùn)脂蛋白穿梭于不同的脂類(lèi)物質(zhì)之間。碳?xì)浠衔锞褪峭ㄟ^(guò)這些血漿高密度脂蛋白(HDLp)的疏水性核運(yùn)輸?shù)摹?br/>白蟻的通訊行為與各外分泌腺關(guān)系密切,但除了腹腺、背腺、額腺,顎腺、唾液腺、性腺等外分泌腺外,還有一個(gè)器官不容忽視,那就是白蟻的表皮。白蟻的表皮縱橫交錯(cuò)地分布著一些小的管道,體內(nèi)合成的物質(zhì)可以通過(guò)這些小管輸送到白蟻體表,相反外界物質(zhì)也可以通過(guò)這些管道輸送到白蟻體內(nèi)。白蟻的表皮是外骨骼的重要組成部分,白蟻表皮所產(chǎn)生的碳?xì)浠衔铮ū砥N)在識(shí)別通訊中起著重要的作用,因此也可以認(rèn)為是一種信息素腺體。
嗅覺(jué)性的親系識(shí)別通常以化學(xué)物質(zhì)為基礎(chǔ),而這些信息物質(zhì)的原始功能往往不是親系識(shí)別,比如表皮碳?xì)浠衔锏脑脊δ芫褪欠浪团判梗╕amazaki et al., 1994)。Bagnères等(1991)指出覆蓋于白蟻體表的物質(zhì)能引起他種白蟻的攻擊行為,其中起著信息素作用的是以碳?xì)浠衔餅橹鞯姆菢O性片段。Takahashi和Gassa(1995)再一次證實(shí)了表皮碳?xì)浠衔镌诜N間識(shí)別上的作用。這些研究結(jié)果表明白蟻的表皮具有化學(xué)信號(hào)的作用。目前膜翅目巢間識(shí)別機(jī)制的研究已比較成熟了,其中大部分都與表皮烴有關(guān)(Soroker et al., 1994; Gamboa et al., 1996; Breed et al., 1998)。在等翅目昆蟲(chóng)巢間識(shí)別機(jī)制的研究中,科學(xué)界也普遍認(rèn)為表皮烴是最重要的化合物(Brown et al., 1996; Kaib et al., 2002; Kaib et al., 2004; Klochkov et al., 2005)。白蟻社會(huì)中不同成員間通過(guò)彼此接觸使得體表碳?xì)浠衔锾幱谝粋(gè)不斷交換的過(guò)程中,從而達(dá)到同巢個(gè)體間表皮烴的同質(zhì)性。每個(gè)巢群成員都有一套標(biāo)記本巢特征的化學(xué)信號(hào)模板,在巢間識(shí)別(nestmates recognition)的過(guò)程中,白蟻會(huì)從對(duì)象個(gè)體上尋覓一種“信號(hào)標(biāo)志”,并與自己的“模板”進(jìn)行比較,并根據(jù)兩者的符合程度來(lái)判斷是否為同巢個(gè)體(Kaib et al., 2004)。
表皮烴主要由烷烴、烯烴、二烯烴和甲基、二甲基支鏈烷烴組成(Nelson and Blomquist, 1995;Klochkov et al., 2005)。Klochkov等(2005)用GC和GC-MS技術(shù)對(duì)南歐網(wǎng)紋白蟻Reticulitermes lucifugus和歐洲木白蟻Kalotermes flavicollis的表皮碳?xì)浠衔镞M(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)兩種白蟻的表皮烴的組成成分是相同的,但各組成成分在數(shù)量上是有顯著差異的,這種差異在同種白蟻內(nèi)部不同品級(jí)間一樣存在。不同種類(lèi)、不同巢群、不同品級(jí)間的白蟻表皮烴種類(lèi)相同,具體數(shù)量和比例不同的現(xiàn)象,在等翅目昆蟲(chóng)中普遍存在(Brown et al., 1996; Kaib et al., 2002; Klochkov et al., 2005)。表皮烴的差異可以作為不同巢群或不同種群識(shí)別標(biāo)志,是白蟻能進(jìn)行嗅覺(jué)識(shí)別的化學(xué)基礎(chǔ)(Kaib et al., 2002; 2004; Klochkov et al., 2005 )。Kaib等(2004)結(jié)合表皮烴化學(xué)分析、格斗測(cè)試、基因分析以及形態(tài)學(xué)分析等多種手段,對(duì)一種東非大白蟻Macrotermes subhyalinus的巢群識(shí)別機(jī)制進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)同個(gè)巢群內(nèi)不同個(gè)體間表皮烴在組成成分上差異微小,不同巢群間的差異顯著;而起到真正識(shí)別作用的并非是主要成分,而是含量較少,濃度較低的一些不飽和烴類(lèi)物質(zhì);他們同時(shí)還發(fā)現(xiàn),不同巢群間的格斗激烈程度隨表皮烴差異的增加而增加,個(gè)體根據(jù)彼此間表皮烴的差異程度而調(diào)整自己的行為。但在Macrotermes falciger中,鄰近巢群表皮烴的組成成分不同,但是巢群間并不顯示格斗現(xiàn)象(Kaib et al., 2002),Su和Haverty(1991)也發(fā)現(xiàn)臺(tái)灣乳白蟻的格斗行為與表皮烴無(wú)關(guān)。這說(shuō)明除了表皮烴以外,參與識(shí)別通訊的還可能存在其它化學(xué)物質(zhì)。此外在目前的研究水平下,只是對(duì)表皮烴中的差異物質(zhì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的化學(xué)分析和比較,沒(méi)能涉及到這些物質(zhì)的功能研究,因此還不足以證實(shí)表皮烴與白蟻?zhàn)R別通訊之間的直接關(guān)系。此外,幾乎所有的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證明,白蟻的基因結(jié)構(gòu)與它們的巢間識(shí)別行為無(wú)關(guān)(Broughton and Grace, 1994; Hussender and Grace, 2001)。
3 白蟻腸道微生物與巢間識(shí)別行為
3.1 白蟻的消化道
A:低等食木白蟻腸道 B:高等食土白蟻腸道
圖1-1 白蟻腸道的解剖示意圖(引自陳虹等, 2005)
白蟻消化道呈螺旋型,主要由三部分組成:即前腸、中腸和后腸,見(jiàn)圖1-1。與一般昆蟲(chóng)相比,白蟻后腸相當(dāng)發(fā)達(dá),約占全部腸道總?cè)莘e的4/5(陳虹等, 2005)。后腸前端膨大成葫蘆狀的區(qū)域稱(chēng)為葫蘆胃(paunch,圖1-1B圖中用P1標(biāo)志的部分),葫蘆胃內(nèi)有一層很厚的圍食膜,包圍食入的碎渣及共生微生物,而這些腸道微生物如果暴露在空氣或有氧環(huán)境中則很快會(huì)死亡(黃復(fù)生等, 2000)。因此白蟻膨大的后腸被譽(yù)為世界上最小的生物反應(yīng)器,腸道微生物在此降解纖維索及半纖維素,并把降解所得的碳水化合物發(fā)酵成短鏈脂肪酸最終供宿主利用(李珺等,2000)。白蟻與腸道微生物之間是共生關(guān)系,相互依存,共同發(fā)展。
3.2 白蟻的腸道微生物
除白蟻科多數(shù)類(lèi)群外,其它白蟻腸道內(nèi),都含有數(shù)量較多的原生動(dòng)物,包括鞭毛綱、肉足綱、孢子綱和纖毛綱四大類(lèi)(黃復(fù)生等,2000)。而幾乎所有白蟻的后腸中都有大量形態(tài)和密度不同的細(xì)菌定居,包括鏈球菌、擬桿菌、腸桿菌和芽孢桿菌等(陳虹等, 2005)。同一種白蟻腸內(nèi)可以有多種微生物,而不同種的白蟻則有不同組合的微生物,因此有人建議根據(jù)腸道微生物的種類(lèi)和組成特點(diǎn),可以鑒定白蟻的種類(lèi)(黃復(fù)生等, 2000)。
3.3 白蟻腸道微生物與巢間識(shí)別行為
白蟻從食物中獲取一部分共生微生物,而且體內(nèi)微生物的繁殖速率與食物的質(zhì)量密切相關(guān)。由于食物在種類(lèi)、狀態(tài)、潮濕度等各方面存在差異,因此不同巢群的白蟻在所獲得的食物上存在差異,從而導(dǎo)致腸道內(nèi)共生微生物的差異。此外,同一個(gè)巢群內(nèi)白蟻間的交哺行為使得個(gè)體間的食物具有高度的一致性,也會(huì)影響體內(nèi)微生物的種類(lèi)、比例和數(shù)量趨于一致。白蟻的排泄物中含有大量腸道微生物的代謝產(chǎn)物,包括各種氨基酸、蛋白質(zhì)、乙醇等等,微生物代謝產(chǎn)物的不同反映了體內(nèi)微生物群的差異。白蟻巢穴和蟻道的內(nèi)壁是用白蟻的排泄物涂抹的,因此其中的微生物產(chǎn)物很容易被吸附到白蟻體表上。除此之外,白蟻個(gè)體間頻繁的相互接觸也很容易使這些物質(zhì)在不同白蟻間進(jìn)行傳播。由此可知,白蟻腸道內(nèi)的共生微生物及其代謝產(chǎn)物基本滿足作為化學(xué)識(shí)別物質(zhì)的前三個(gè)條件(Breed, 1998),但它們是否會(huì)影響白蟻的巢間識(shí)別行為呢?Matsuura(2001)首次對(duì)其進(jìn)行了研究和報(bào)道。
Matsuura(2001)采集了棲北散白蟻Reticulitermes speratus9個(gè)不同巢群,對(duì)各個(gè)巢群的白蟻腸道共生菌進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng),根據(jù)菌落的顏色、形狀和大小分可為10類(lèi),并發(fā)現(xiàn)不同巢群白蟻的菌群組成存在顯著差異。他選取一定數(shù)量的棲北散白蟻工蟻,用異巢菌液處理過(guò)的木屑培養(yǎng),另一部分用蒸餾水處理的木屑培養(yǎng),三天后標(biāo)上記號(hào),分別放回到原來(lái)的巢群中,以直接引入異巢白蟻?zhàn)鳛閷?duì)照,20h后檢查并記錄標(biāo)志白蟻的死亡率(排異性越高,格斗越激烈,死亡率則越高)。他把野外采集的異巢白蟻直接引入到測(cè)試巢白蟻中,設(shè)為對(duì)照。結(jié)果發(fā)現(xiàn),用異巢菌液培養(yǎng)的白蟻,其死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用蒸餾水培養(yǎng)的白蟻,而與對(duì)照(直接引入的異巢白蟻)無(wú)顯著差異。這說(shuō)明白蟻體內(nèi)共生菌在巢間識(shí)別的行為中具有重要意義。
不同種類(lèi)的抗生素對(duì)不同種類(lèi)的菌群具有滅殺或抑制作用。Matsuura(2001)還分別用含有卡那霉素、羧芐霉素和氨芐霉素的木屑喂養(yǎng)棲北散白蟻,培養(yǎng)一段時(shí)間后,對(duì)處理白蟻的腸道細(xì)菌進(jìn)行分離,并在含有抗生素的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果顯示,用含有抗生素的木屑培養(yǎng)白蟻,會(huì)導(dǎo)致白蟻菌群發(fā)生變化,但不一定會(huì)導(dǎo)致死亡。對(duì)經(jīng)抗生素處理后的白蟻進(jìn)行格斗實(shí)驗(yàn),并記錄其24h的死亡率。結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)同種抗生素處理的同巢白蟻間的格斗率較低,而經(jīng)不同抗生素處理過(guò)的同巢白蟻間的格斗率較高。這就說(shuō)明抗生素處理可以影響白蟻的格斗水平,再次證明腸道共生菌群在棲北散白蟻的巢間識(shí)別行為中的重要作用。
非洲草白蟻Hodotermes mossambicus是一種低等白蟻,以草為食,與其它大多數(shù)種類(lèi)不同,這種白蟻在開(kāi)放條件下覓食,與異巢個(gè)體接觸的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它白蟻,因此準(zhǔn)確的巢間識(shí)別對(duì)它們來(lái)說(shuō)意義尤其重大。但是在實(shí)驗(yàn)室條件下,非洲草白蟻幾乎不對(duì)異巢個(gè)體表現(xiàn)格斗行為,于是Kirchner和Minklep(2003)采用交哺實(shí)驗(yàn),證實(shí)了腸道菌群對(duì)非洲草白蟻巢間識(shí)別的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在不經(jīng)處理以前,非洲草白蟻對(duì)同巢個(gè)體的喂哺的幾率顯著大于對(duì)異巢個(gè)體的喂哺。用四環(huán)素處理受哺白蟻48h,它受同巢個(gè)體喂哺的幾率與處理前受異巢白蟻的喂哺率相近;但是如果對(duì)兩巢白蟻都進(jìn)行四環(huán)素處理,那么它們之間的喂哺率就比較高,幾乎與處理前同巢個(gè)體間的喂哺率不相上下。Matsuura(2001)對(duì)棲北散白蟻的報(bào)道以及Kirchner和Minklep(2003)對(duì)非洲草白蟻的報(bào)道為白蟻的巢間識(shí)別機(jī)制的研究提供了一條新思路,是繼表皮烴后又一重大研究方向。同時(shí)也提出了疑問(wèn):是否所有白蟻的巢間識(shí)別行為都與腸道微生物有關(guān)呢?比如臺(tái)灣乳白蟻,它與棲北散白蟻同屬于鼻白蟻科,它的識(shí)別行為是否也與其腸道微生物有關(guān)呢?
4 巢間識(shí)別的化學(xué)感器
社會(huì)性昆蟲(chóng)的親系識(shí)別是昆蟲(chóng)學(xué)研究中的五大熱點(diǎn)之一,目前已有許多有關(guān)行為學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等方面的研究與報(bào)道,但涉及到生理基礎(chǔ)的研究寥寥可數(shù)。尤其是巢間識(shí)別化學(xué)感器的研究,目前所能獲取的資料只有日本Ozaki等(2005)發(fā)表在Science上的一篇有關(guān)日本弓背蟻Camponotus japonicus觸角感器的報(bào)道,而對(duì)白蟻的研究目前還是一片空白。同樣屬于社會(huì)性昆蟲(chóng),螞蟻和白蟻具有許多相同之處,比如品級(jí)分化,巢間識(shí)別行為以及其它許多社會(huì)行為。螞蟻具有一套完整的化學(xué)通訊系統(tǒng),使它們能準(zhǔn)確地分辨出對(duì)象是否為同巢個(gè)體。大量行為學(xué)研究證實(shí),螞蟻對(duì)異巢個(gè)體產(chǎn)生的攻擊性行為是由種間不同的化學(xué)信息物質(zhì)引起的。一般認(rèn)為螞蟻中起著個(gè)體識(shí)別(包括種間識(shí)別、巢間識(shí)別和品級(jí)識(shí)別)信息素作用的物質(zhì)是碳?xì)浠衔铮╒ander Meer, and Alonso, 1998.)。
圖1-2. 日本弓背蟻巢間識(shí)別相關(guān)的觸角感器
(引自O(shè)zaki et al., 2005)
行為學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),日本弓背蟻在表現(xiàn)出格斗反應(yīng)前,需要用觸角觸碰異巢螞蟻,但是電生理學(xué)研究表明,日本弓背蟻典型的味覺(jué)感器對(duì)碳?xì)浠衔铮–HCs)根本不敏感(Ozaki et al., 2005),而有一類(lèi)感器對(duì)異巢CHCs混合物特別敏感。掃描電鏡顯示,這類(lèi)感器多孔,且形狀上比較厚實(shí)(見(jiàn)圖1-2)。多孔的化學(xué)感器一般都被認(rèn)為是嗅覺(jué)感器(Steinbrecht, 1999)。Ozaki等(2005)還發(fā)現(xiàn)這類(lèi)化感器中存在大量的類(lèi)似受體神經(jīng)元的細(xì)胞,如此多的神經(jīng)元將有利于分解復(fù)雜的化學(xué)信號(hào),同時(shí)也利于對(duì)分解的化學(xué)信號(hào)進(jìn)行整合。在日本弓背蟻中,同一個(gè)感器的不同神經(jīng)元可以對(duì)異巢CHCs混合物的多種成分進(jìn)行同時(shí)反應(yīng)。結(jié)合電生理學(xué)手段和行為學(xué)研究,Ozaki等(2005)推斷在日本弓背蟻的巢間識(shí)別中發(fā)揮直接作用的就是這種感器,但也需要其它類(lèi)型感器的配合。
5 結(jié)語(yǔ)
在我國(guó),有關(guān)白蟻化學(xué)通訊的研究報(bào)道不多。已有的研究報(bào)道也主要集中于白蟻信息素及其粗提物的活性研究和應(yīng)用方面(鄧曉軍等, 2002)。就世界范圍來(lái)說(shuō),目前對(duì)白蟻化學(xué)通訊的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它社會(huì)性昆蟲(chóng),且存在諸多問(wèn)題和質(zhì)疑。
比如在誘食信息素中,還不能確定對(duì)苯二酚的抗氧化物和增效化合物是否同時(shí)釋放。許多白蟻種類(lèi)都使用同一種蹤跡信息素和性信息素,但它們實(shí)現(xiàn)種族隔離的具體機(jī)制還不清楚。告警化學(xué)通訊的研究尚處于初級(jí)階段,且多集中于對(duì)防御行為的研究,而對(duì)白蟻間相互交流合作的探討較少。對(duì)白蟻巢間識(shí)別通訊的研究較多,但仍有許多問(wèn)題尚待解決,如用于巢群化學(xué)標(biāo)志的究竟是哪些分子?調(diào)節(jié)機(jī)制如何?白蟻如何用觸角或觸須識(shí)別這些分子?此外,對(duì)白蟻信息素的接受器官和信息識(shí)別機(jī)制的研究還處于起步階段,從現(xiàn)在掌握的資料來(lái)看,有關(guān)白蟻觸角氣味結(jié)合蛋白的只有一篇報(bào)道(Ishida et al., 2002),并且所得的結(jié)論還有待進(jìn)一步確證,有關(guān)白蟻觸角感器超微結(jié)構(gòu)的研究更是未見(jiàn)報(bào)道。
白蟻巢間識(shí)別的機(jī)制復(fù)雜多變,一直是社會(huì)性昆蟲(chóng)化學(xué)通訊研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn),大家都試圖從不同途徑探索識(shí)別機(jī)制的奧秘。21世紀(jì)初,Matsuura(2001)以及Kirchner和Minklep(2003)相繼提出了體內(nèi)共生菌群對(duì)白蟻巢間識(shí)別的影響,成為白蟻巢間識(shí)別機(jī)制研究的一個(gè)新亮點(diǎn)。腸道內(nèi)共生微生物對(duì)其它種類(lèi)白蟻(比如臺(tái)灣乳白蟻)的巢間識(shí)別是否也有影響?目前國(guó)內(nèi)外的研究還很少涉及到蛋白質(zhì)與巢間識(shí)別的關(guān)系,作為一切生命活動(dòng)和生理功能的執(zhí)行主體,蛋白質(zhì)在白蟻的巢間識(shí)別活動(dòng)中擔(dān)當(dāng)了什么角色呢?白蟻接收巢間識(shí)別信息物質(zhì)的觸角感器是哪種類(lèi)型的?如何分布?這些都成為了我們需要研究和探索的課題。
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