跨物種“催生”！這是什么原理？

螞蟻和蚜蟲是自然界的一對經典“CP”：螞蟻為柔弱的蚜蟲提供保護，蚜蟲則報以甜美的蜜露。而為了獲取更多蜜露，螞蟻甚至能“催”蚜蟲生育更多后代。在看似“語言”不通的兩種生物之間，“催生”是怎么做到的呢？

近日，河北大學生命科學學院陳立教授團隊聯合中科院動物研究所、福建農林大學、瑞士紐沙泰爾大學等國內外團隊在《當代生物學》發表論文，揭示了螞蟻和蚜蟲更隱秘的溝通機制。

天然CP，相愛相殺

俗話說，“吃得到一起，才能過得到一起”。

螞蟻和蚜蟲就是這種關系：蚜蟲喜歡吸食植物汁液，并從中攝取它們需要的氨基酸。但植物汁液中的氨基酸含量低、糖分含量高，所以蚜蟲只好將過量的糖分排出體外。這些甜蜜的“排泄物”，就成了螞蟻最喜歡的瓊漿玉露。

而螞蟻也不白吃。它們會盡可能保護柔弱的蚜蟲免受瓢蟲、寄生蜂等天敵侵害。在螞蟻的照顧下，蚜蟲種群往往能快速發展壯大。

“在螞蟻—蚜蟲共生體系中，螞蟻和蚜蟲都能獲益，這種共生現象在自然界廣泛存在。”論文通訊作者陳立教授對《中國科學報》說。

有“相愛”就有“相殺”。當蚜蟲數量越來越多，寄生的植物不夠它們吃時，蚜蟲就會向鄰近的植株遷移，或產生一批有翅蚜進行遠距離遷移，繼續繁衍生息。這在螞蟻看來，相當于圈里的小羊想逃跑。因此，螞蟻會采取一些手段限制蚜蟲遷移。

2007年英國科學家就發現，螞蟻不僅可以咬掉蚜蟲的翅膀來防止它們飛走，還能用化學物質來控制蚜蟲。在螞蟻信息化學物質的影響下，共生蚜蟲走得慢，也“不愿意”離開。但究竟是什么信息化學物質能把蚜蟲“留住”，這篇論文并沒有明確。

陳立讀到這篇文獻時，還在國外做博士后。他對這個方向的研究萌生了很大興趣。

信息相通，心有靈犀

回國后，陳立開始著手在實驗室建立螞蟻—蚜蟲共生體系，他選擇了自己熟悉的紅火蟻和國內常見的棉蚜作為實驗對象。

研究發現，當紅火蟻和棉蚜共生時，棉蚜的種群數量增長很快。經過一系列的化學成分分離、人工合成、電生理活性和行為活性測試，發現紅火蟻釋放的跟蹤信息素就是螞蟻用于控制蚜蟲的信息化學物質。跟蹤信息素中的主要成分——Z,E-a-farnesene能抑制棉蚜的擴散，提高蚜蟲的繁殖率。

那究竟什么是跟蹤信息素呢？

螞蟻本身是一類社會性昆蟲，群體內所有分工協作都受到信息化學物質的調控。當一只工蟻在覓食過程中發現食物后，會返回巢穴招募同伴搬運食物，并在走過的路徑上留下一些特殊的信息化學物質，以指引同伴前往食物所在地，這種信息化學物質就是跟蹤信息素。對紅火蟻來說，取食棉蚜排泄的蜜露就是一種覓食行為，所以紅火蟻會在棉花植株上留下跟蹤信息素。

“一個物種的信息素可以影響到另一個物種，這并不稀奇。例如人們很早就知道，白蟻釋放的信息素可以被天敵感知到，以此為線索來跟蹤捕食白蟻。但一個物種的信息素能影響到另一個物種的生殖行為，這可能還是第一次報道。”陳立說。

論文推測，螞蟻跟蹤信息素展現出的這種功能具有重要的生態學意義。“對蚜蟲來說，跟蹤信息素代表著螞蟻‘保護神’就在身邊，讓它們有安全感，更愿意生娃而不是搬家；而對螞蟻來說，安撫了蚜蟲，也就保障了自己的食堂，有源源不斷的蜜露供應。”陳立說。

師法自然，互利互惠

《當代生物學》同期配發了荷蘭瓦赫寧根大學植物科學系Duur K. Aanen教授等為這項研究撰寫的快評——《進化：螞蟻跟蹤信息素促進螞蟻—蚜蟲互惠共生》。

“紅火蟻起源于南美洲，棉蚜的起源目前尚不清楚，但有可能是亞洲。有證據顯示，蚜蟲在入侵一些地區后，會與當地的螞蟻種群建立互惠共生的關系，盡管它們此前都沒有共同進化過。”評論認為紅火蟻和棉蚜在相遇之前可能已經存在奇妙而默契的關系。

無論紅火蟻還是棉蚜，它們在向世界各地擴張的過程中，取得了很大的“成功”，甚至比在原生地繁衍得還要興旺，這要歸功于兩種生物之間互利互惠的關系。

作者認為，探究紅火蟻和棉蚜之間這種復雜密切的關系，也為人類重新理解畜牧業和馴化的內涵，重新認識人與家禽家畜之間的關系，提供了寶貴的啟迪。

“我們通常從人類為中心的角度來看待畜牧業：農民為了自身利益而剝削動物，動物只能被動配合。但事實上畜牧業本身就是互惠共生的一個例子，人和動物都會從中獲益，甚至在彼此適應的過程中獲得遺傳上的改變。”

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https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.08.032