蚁群警报信息素甲酸对嗅觉学习与泛化的情境依赖性调控机制研究

本研究揭示了蚁群警报信息素甲酸如何通过情境依赖方式调控蚂蚁的嗅觉学习与泛化行为。研究人员通过马氏颚唇伸展反应(MaLER)范式，发现甲酸暴露能不对称地增强蚂蚁对正负刺激(CS+/CS-)的辨别能力，并提高对新型气味刺激的响应水平。该研究首次证实警报信息素不仅能触发防御行为，还可重塑认知处理过程，为理解社会性昆虫化学通讯与认知调控的整合机制提供了新视角。

　　

在复杂多变的环境中，社会性昆虫如何灵活调整学习策略以适应生存需求，一直是行为生态学和神经生物学研究的热点问题。蚂蚁作为高度社会化的昆虫，其生存极大依赖化学通讯系统，其中警报信息素在危险信号传递中扮演关键角色。传统观点认为这类信息素仅触发即时的防御反应，但最新证据表明它们可能具有更复杂的认知调控功能。特别是甲酸作为蚁科昆虫的主要警报信息素，先前研究显示它能增强蚂蚁对同巢与非同巢个体体表特征的辨别能力，这暗示其可能通过更精细的神经机制影响认知过程。然而，警报信息素如何调节联想学习与刺激泛化这一基本认知功能，至今仍是未解之谜。

针对这一科学问题，英国萨塞克斯大学生命科学学院生态与进化系(Ecology and Evolution, School of Life Sciences, University of Sussex)的Natacha Rossi团队与法国索邦大学的研究人员合作，以Camponotus aethiops蚂蚁为模型，开展了一项创新性研究。通过精心设计的实验范式，研究人员首次揭示了甲酸对嗅觉学习与泛化的不对称调控效应，相关成果发表在《Scientific Reports》期刊。

研究团队采用了几项关键技术方法：首先建立了基于马氏颚唇伸展反应(MaLER)的嗅觉条件反射范式，通过精确控制气味刺激(正刺激CS+与蔗糖奖励配对，负刺激CS-与氯化钠惩罚配对)和机械刺激时序；其次开发了标准化的甲酸暴露系统，使用12%甲酸溶液模拟自然警报信号；此外采用碳链长度梯度设计的五种醛类气味分子(己醛C₆至癸醛C₁₀)评估泛化模式；最后运用广义线性混合模型(GLMM)和贝叶斯多项逻辑回归等先进统计方法分析学习曲线与泛化梯度。

学习过程的不对称调控
研究发现甲酸对嗅觉学习的影响呈现显著的情境依赖性。在八醛+/己醛-训练组合中(octanal+/hexanal-)，甲酸暴露显著提高了辨别能力，而在相反组合(hexanal+/octanal-)中则表现出抑制作用。这种不对称效应通过贝叶斯模型得到量化：甲酸使八醛+/己醛-组合的辨别指数(△=MaLER(CS+)-MaLER(CS-))在训练中期(第4-5轮)显著提升，而在己醛+/八醛-组合中则无此效果。这表明甲酸并非简单增强或抑制学习，而是根据气味分子特性重新配置学习优先级。

记忆与泛化的特异性改变
在训练后测试阶段，甲酸暴露导致了一个意外现象：仅当八醛作为CS+时，蚂蚁对所有测试气味(包括新气味)的反应水平普遍升高，而非预期的选择性增强。这种整体敏感性提升在七醛(heptanal)和壬醛(nonanal)等中间碳链分子上表现尤为明显，形成独特的泛化梯度。相比之下，水对照组蚂蚁表现出典型的基于碳链长度的泛化模式，即对与CS+碳数相近的气味反应更强。

神经机制与生态意义
讨论部分指出，这些发现挑战了警报信息素仅作为"唤醒信号"的传统观点。甲酸可能通过两种互补机制发挥作用：一是调节嗅觉通路中关键神经调质(如章鱼胺和 dopamine)的释放，改变气味表征的神经编码；二是通过激活特定的触角叶 glomeruli 亚群，增强对特定分子特征(如碳链长度)的敏感性。这种双重作用使蚂蚁在面临威胁时能快速调整嗅觉注意力分配，优先处理具有生态相关性的气味线索。

该研究的创新性在于首次揭示：1)警报信息素对认知功能的影响具有刺激特异性，而非全局性；2)甲酸通过改变整体嗅觉敏感性而非单纯锐化泛化梯度来重塑行为反应；3)学习效果取决于气味分子的内在特性与奖惩情境的匹配度。这些发现为理解社会性昆虫化学通讯系统的认知功能开辟了新视角，提示信息素可能通过更复杂的神经计算机制整合环境信息与内部状态。未来研究可探索这种机制在自然场景(如觅食与巢友识别)中的适应性价值，以及在不同社会性昆虫类群中的保守性与变异性。