PNAS | 中山大学吴志刚/吴嘉宁揭示蜜蜂口器采集花冠内粘性花蜜的调控行为与机理

传粉昆虫的出现极大地扩展了被子植物的物种多样性，传粉昆虫与植物之间的相互关系（Plant-pollinator interaction）一直是生态和进化研究中极为经典且重要的研究主题。植物可通过花的蜜腺分泌带有能量和多种营养物质的花蜜，吸引类似蜂、蝶、蛾、甲虫、蝇类、蝙蝠等各类动物靠近摄食。在这些动物摄取花蜜的过程中，它们的身上会接触黏附上植物的花粉，并在后续的运动中传播至其它花朵，从而完成传粉。植物为了获得最高效的授粉服务，各个物种在亿万年的历程中演化出了不同的花朵结构和具有不同物化性质的花蜜。吸引食蜜昆虫的花蜜是一类非常宝贵的能量与营养资源，在自然中往往被不同种类的传粉者进行争抢。而食蜜昆虫为了提高效率和避免竞争，也相应产生了千奇百怪的特化口器，使得它们能通过不同的方法采集花冠内的花蜜。

我们平时吃的蔬果，有三分之一依赖于传粉昆虫的授粉服务，而蜜蜂承担着全球最主要的授粉服务，具有极其重要的生态和经济价值。蜜蜂（Apis mellifera）作为除了人、鼠和果蝇外被人类研究的最多的动物之一，它与植物的交互行为和生态关系被大量研究，其中最典型的便是其口器的特征长度和植物花蜜在花冠内部深度相关关系的研究。除了长度尺度的比较外，研究人员近年来开始把目光投射到蜜蜂口器的精妙结构和灵巧的操控方式上，深入关注了微观口器对粘性花蜜的动态采集过程和物理机制，并以此解释了口器的特化形貌与花蜜的浓粘度关系。

在蜂-花系统中，花蜜浓粘度和它在花冠中的深度理应同时影响着蜜蜂的采蜜过程，影响着蜜蜂口器的结构与驱动方式，然而以往的研究往往将这两者分开讨论，并没有考虑成一个系统。近期，中山大学航空航天学院吴志刚教授和吴嘉宁副教授课题组细致观测了蜜蜂口器摄取花冠深处花蜜的微观动态过程，并从力学角度揭示了其运动与行为机制，相应的论文发表于Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）。

研究发现，蜜蜂具有不止一种操纵口器的方式，它在摄取低粘度花蜜时（糖浓度10%w/w），会偏向喙部伸长直接吸食，而在摄取高粘度花蜜时（糖浓度50%w/w），会偏向使用多毛的中唇舌迅速且不断地弹出-收回，蘸取舔食花蜜。而在蜜蜂摄取花冠内部中等粘度的花蜜时，一开始迅速地舔食花蜜，随着花蜜液面距离逐渐远离口器，蜜蜂明显降低了舌头弹出-收回的频率，最终改为稳定伸长口器直接吸食花蜜。由于蜜蜂口器内部具有及其复杂的结构，且这两种摄食方式的驱动肌肉和结构都不同，这种行为上的特异性可能是一种自然优化的结果。作者通过实验和理论建模的分析，阐述了这一过程中涉及到的食窦泵送吸食、刚毛协同展开蘸取，毛细驱动转运三种不同的粘性微流体采集方法，证实了蜜蜂这种摄食行为的调整策略可保证它对不同距离和粘度的花蜜的摄食效率。作者在熊蜂上没有找到两种摄食方式共存的行为，且现存文献中对其他蜜蜂，甚至于其他传粉昆虫都没有多模式摄食方式的记载。蜜蜂这种独有的液体摄食方法调整行为提高了其复杂环境中的生态适应能力，并可能因此使其成为全球最高效的传粉动物。这一工作提供了我们对植物和传粉动物交互过程的微观动态视角，加深了动物-植物之间紧密连接与相互影响的理解。

研究成果以题为“Honey bees switch mechanisms to drink deep nectar efficiently”发表在 PNAS上，中山大学博士生魏蒋坤，为论文第一作者，合作者包括美国华盛顿大学的 Alejandro Rico-Guevara，比利时布鲁塞尔自由大学的Fabian Brau和蒙斯大学的Pascal Damman，德国基尔大学Stanislav Gorb，中山大学吴志刚教授，吴嘉宁副教授为共同通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金面向项目（项目号：52275598）的支持。

原文链接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305436120

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！