基于生物测定导向分离技术揭示黄毛蚁(Lasius flavus)踪迹信息素与警报信息素的双重功能

本研究针对黄毛蚁(Lasius flavus)化学通讯机制尚未解析的问题，通过生物测定导向分离技术结合GC-MS分析，首次鉴定出δ-内酯类踪迹信息素mellein（5.56±1.4 pg/后肠）和萜烯类警报信息素DMH（1.12±0.58 ng/头）。发现mellein在0.01 pg/cm浓度下即可引发踪迹跟随行为（灵敏度达蚂蚁物种之最），而DMH主要触发下颌张开反应（MOR）表现警报功能。该研究为社会性昆虫多信息素系统研究提供了方法学范式，对理解地下觅食蚂蚁的能量适应策略具有重要意义。

　　

在复杂的社会性昆虫世界中，蚂蚁通过化学信号传递系统实现高度组织化的群体行为。其中踪迹信息素（trail pheromone）和警报信息素（alarm pheromone）作为关键通讯媒介，分别承担着引导巢伴至食物源和预警危险的重要职能。然而在蚁科（Formicinae）昆虫中，由于信息素含量极低（通常少于150 pg/个体）且存在多重功能重叠，准确鉴定其化学成分和行为功能一直存在巨大挑战。黄毛蚁（Lasius flavus）作为北欧草原生态系统的优势物种，其地下觅食特性使信息素研究更具特殊性——低蒸发环境可能促使它们进化出超微量信息素使用策略，但该假设缺乏化学证据支持。

为破解这一难题，英国萨塞克斯大学的研究团队在《Journal of Chemical Ecology》发表论文，采用创新的生物测定导向分离（bioassay-directed fractionation）策略，结合高效液相色谱（HPLC）分级与气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，成功鉴定了两种关键信息素，并通过行为实验揭示了它们的双重功能特征。

研究主要采用四种关键技术：1）通过HPLC对5300只工蚁全身提取物和4600只去头蚂蚁提取物进行正态相分离；2）采用环形生物测定（circular bioassay）检测各级分踪迹跟随活性；3）利用GC-MS对活性组分进行化合物鉴定；4）通过下颌张开反应（MOR） assay评估信息素的警报功能。样本来源于萨塞克斯大学校园内8个野生群落实验室培育群体。

Trail Following Activity of Extracts of L. Flavus

通过HPLC分离发现，仅11-20分钟洗脱的组分能引发显著踪迹跟随行为（p<0.01）。进一步分析显示全身提取物中18-19分钟组分（中位数半径穿越数4.5/2.5）和去头提取物中19-20分钟组分（5.5/4）活性最强，表明头部和腹部存在不同活性物质。

Identification of an Active Compound From Whole Body Extraction of Ants

GC-MS分析在活性组分中发现保留时间9.93分钟的化合物，经鉴定为2,6-二甲基-5-庚烯醇（DMH）。行为实验证实其醇形式（1 ng/μl）可引发显著踪迹跟随（3.5半径 vs 对照0.5，p=0.014），而醛形式无活性。

Identification of an Active Compound From Headless Extractions of Ants

在去头蚂蚁活性组分中检测到m/z 178特征离子，鉴定为二氢异香豆素mellein。（R）-mellein在1 ng/μl浓度下即显示显著踪迹活性（2.5半径 vs 对照0.5，p=0.044）。

Quantification of Pheromones in Extracts of Ant Heads and Hindguts

定量分析显示DMH仅存在于头部（1.12±0.58 ng/头），mellein特异性分布于后肠（5.56±1.4 pg/后肠），后者为已知蚂蚁物种中最低含量。

Comparison of Trail Following Response to Pure Standards

剂量反应实验显示（R）-mellein在0.01 pg/μl（相当于0.01 pg/cm轨迹）即可触发响应，灵敏度比DMH高1000倍，且与后肠提取物活性无显著差异（p>0.05），表明mellein是主要踪迹信息素。

Alarm Activity of Standards in the MOR Assay

DMH在1 pg/μl即引发警报反应（5% MOR率），并呈剂量依赖性增长至100 ng/μl时达65%；mellein的警报活性始终显著较低（同浓度下p=0.012），证实DMH主要承担警报功能。

本研究首次证实L. flavus使用mellein作为超高效踪迹信息素（检测灵敏度达0.01 pg/cm），使用DMH作为主要警报信息素。这种功能分化与空间分布高度吻合：后肠来源的mellein专司踪迹引导，头部来源的DMH主要负责警报招募。特别值得注意的是，mellein在后肠的含量（5.56 pg）比近缘物种低10-30倍，但其检测灵敏度却达到蚂蚁物种的最高记录，这可能是对地下低蒸发环境的能量适应策略。研究方法学上的创新——通过生物测定导向分离克服痕量物质鉴定难题，为今后社会性昆虫化学生态学研究提供了重要范式。该发现不仅完善了蚁科昆虫信息素进化理论，也为理解地下生态系统化学通讯提供了新的视角。