熊蜂新蜂王多模态短程交配信号调控雄性吸引机制研究

《Discover Animals》：Male attraction to short-range multimodal gyne signals in the bumblebees Bombus impatiens

本期推荐Spence和Amsalem的研究，针对社会性昆虫熊蜂（Bombus impatiens）交配过程中雌性信号机制不明确的问题，通过设计系列双选择嗅觉仪行为实验，首次系统揭示新蜂王（gynes）通过视觉、化学信息素（labial gland、Dufour gland）及振动信号的多模态组合调控雄性短程吸引。研究发现单一信号无效，视觉为必要不充分条件，labial gland提取物在模拟蜂王模型上可诱发雄性偏好。该研究为社会昆虫繁殖策略演化及传粉昆虫保护提供新视角。

　　

在自然界中，交配是动物生命周期的关键环节，尤其对于社会性昆虫而言，单次交配事件可能决定整个蜂群的命运。熊蜂（Bombus impatiens）作为重要的传粉昆虫，其交配系统依赖雄性释放长程信息素标记领地以吸引新蜂王（gynes），但雌性如何通过短程信号启动交配始终是未解之谜。以往研究多聚焦于雄性信息素，而gynes发出的信号如同隐秘的“爱情密码”，其成分与机制长期未被破译。

为解决这一难题，宾夕法尼亚州立大学的Sarah K. Spence与Etya Amsalem团队展开研究，通过精巧的行为实验设计，首次系统揭示gynes通过视觉、化学与振动信号的多模态协作吸引雄性。研究发现，单一信号无法触发雄性响应，视觉线索虽必要却不足够，而labial gland（唇腺）与Dufour gland（杜氏腺）的提取物在结合蜂王模型时显著增强吸引力。该研究发表于《Discover Animals》，为理解社会昆虫繁殖策略的演化提供了关键证据。

关键技术方法

研究通过双选择嗅觉仪（two-choice olfactometer）进行941次行为实验，比较雄性对活体蜂王、工蜂、无气味模型（scentless dummies）及不同腺体提取物（cuticular lipids、labial gland、Dufour gland、mandibular gland）的偏好。采用冷冻处理制备模型蜂体，通过索氏提取法去除原有气味，腺体解剖后溶于二氯甲烷（DCM）或正己烷溶剂。通过视频记录分析雄性接触行为（触碰、攀爬、骑跨），统计选择频率与互动时长。

研究结果

1. 视觉信号的基础作用

在环境光下，雄性显著偏好活体gynes而非工蜂（χ²=12.9, p=0.0003），但在红光（蜜蜂不可见光谱）下偏好消失。当仅提供无气味模型时，雄性无倾向性（响应率仅33%），表明视觉信号是吸引的必要条件，但需其他信号协同。

2. 化学信号的语境依赖性

单独测试腺体提取物时，雄性对覆盖玻片上的Dufour gland提取物呈边缘显著偏好（p=0.07），却排斥labial gland提取物（p=0.05）。然而当提取物涂布于模型gynes时，labial gland提取物吸引力反转（p=0.02），Dufour gland效果不显著。说明化学信号需结合视觉载体才能有效传递。

3. 振动信号的潜在贡献

雄性显著偏好活体工蜂而非模型（p=0.0003），提示振动或声音信号可能参与吸引。当腺体提取物涂布于新羽化工蜂（提供部分振动信号）时，labial gland提取物再次被回避（p=0.02），进一步证实信号组合的复杂性。

结论与意义

本研究揭示熊蜂gynes通过多模态信号调控交配：视觉线索为基本框架，labial gland与Dufour gland的化合物在特定语境下增强吸引力，振动信号可能作为辅助媒介。这种信号冗余机制可提升交配准确性，尤其适应于gynes单次交配的高风险策略与雄性竞争激烈的生态背景。研究为社会昆虫性选择理论提供新证据，对熊蜂保育（如人工繁殖技术优化）具有应用价值。未来需聚焦特定化合物鉴定及其与自然信号的整合效应。