蜜蜂最近成為了第三種加入基因組測序俱樂部的昆蟲。
這讓科學(xué)家得以一窺蜜蜂社會令人驚嘆的秘密，并有助于揭開蜜蜂的身世之謎。
環(huán)球在線消息：自從人類基因組工程進入收尾階段，隨著測序技術(shù)的進步，越來越多的生物加入了基因組測序俱樂部。從病毒到楊樹再到小鼠和黑猩猩，越來越多的基因組序列為科學(xué)家提供了珍貴的信息，這也讓關(guān)于基因組測序的新聞變得不那么引人注目了。
如果說人類基因組計劃啟動之初曾經(jīng)被比作生物學(xué)的登月計劃，那么今天一種生物基因組測序的完成可能不過是一次普通的太空旅行。但是，上個月科學(xué)家公布的一種生物的基因組序列似乎有著不同尋常的意義，盡管這個故事的主角——蜜蜂——似乎微不足道。
2002年，美國國立衛(wèi)生研究院把西方蜜蜂(Apis mellifera)列入了優(yōu)先測序的物種名單。2004年，第一份蜜蜂基因組的草圖公布。在今年10月26日出版的《自然》雜志上，來自13個國家數(shù)十個科研機構(gòu)的將近200名科學(xué)家組成的蜜蜂基因組測序聯(lián)盟，公布了他們對蜜蜂基因組的測序結(jié)果和分析。
這組科學(xué)家用4年的時間，測定了這個擁有約2.36億個堿基對的蜜蜂基因組(相當(dāng)于人類基因組的不到1／10)，一共辨別出了超過1萬個基因。在蜜蜂基因組測序的基礎(chǔ)上，科學(xué)家已經(jīng)對蜜蜂進行了多項研究。
在同一周出版的《科學(xué)》、《美國科學(xué)院學(xué)報》和《基因組研究》雜志上，分別發(fā)表了數(shù)篇相關(guān)研究的論文，涉及蜜蜂的進化歷史、生理特點以及社會行為。蜜蜂基因組測序負責(zé)人之一、美國休斯敦貝勒醫(yī)學(xué)院的喬治·韋恩斯托克(George Weinstock)對《科學(xué)》雜志說，對蜜蜂社會行為的理解才是蜜蜂基因組測序的最大回報。
從非洲起飛
人類和蜜蜂互動的歷史至少可以追溯到數(shù)千年前。在距今7000年前的巖洞壁畫上，可以看到人類從野生蜂巢中收集蜂蜜的場景。蜜蜂的馴化給人類帶來了許多好處，最直接的就是蜂蜜這種可口的食物。此外，由于蜜蜂是一種授粉昆蟲，它對于人類的農(nóng)業(yè)也有重要的意義。
但是蜜蜂起源于何時何地？此前學(xué)者大多認為蜜蜂起源于亞洲。美國生物學(xué)家E·O·威爾遜(E.O.Wilson)在30多年前提出：非洲是蜜蜂的故鄉(xiāng)，這個理論直到今天才得到驗證。憑借新的蜜蜂基因組，美國伊利諾依大學(xué)香檳分校的生物學(xué)家查爾斯·維特菲爾德(Charles Whitfield)和他的同事追蹤了蜜蜂的身世。他們分析了蜜蜂基因組的1000多個單核苷酸多態(tài)現(xiàn)象(DNA上單個“字母”的突變)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蜜蜂曾經(jīng)兩次“走出非洲”——恰如人類起源于非洲然后逐漸遷徙到歐亞大陸和美洲大陸。
他們發(fā)現(xiàn)，一股蜜蜂移民從非洲進入西班牙，然后遷徙到了中歐和俄羅斯，另一股蜜蜂移民則從非洲來到了南歐地區(qū)，然后進入了亞洲。這兩個蜜蜂群體雖然同在歐洲，它們的親緣關(guān)系卻較遠。
蜜蜂傳入美洲大陸則是在較為晚近的時候，最早可追溯到17世紀早期。50年前的1956年，南美洲的巴西引入了一種非洲蜜蜂——就是后來著名的“殺人蜂”。這些非洲蜜蜂逐漸取代了當(dāng)?shù)氐摹皻W洲”蜜蜂，成為第三次“走出非洲”的蜜蜂。
在今年10月6日出版的《美國科學(xué)院學(xué)報》上，美國康奈爾大學(xué)的蜜蜂專家布萊恩·丹福斯(Bryan Danforth)等人公布了他們對于蜜蜂家譜的研究成果。在比較了蜜蜂的5個基因和數(shù)十種野蜂和胡蜂的對應(yīng)基因后，他們發(fā)現(xiàn)蜜蜂最有可能起源于非洲。
蜜蜂更早的身世還有待科學(xué)家探索。至少，科學(xué)家已經(jīng)排列出了蜜蜂同其他膜翅目昆蟲的進化樹(也就大致確定了這些昆蟲之間親緣關(guān)系的遠近)，這項成果發(fā)表在今年11月出版的《基因組研究》雜志上。
此外，科學(xué)家還在10月27日出版的《科學(xué)》雜志上報告了他們發(fā)現(xiàn)的一塊來自緬甸的野蜂琥珀化石——這塊年齡大約1億年的琥珀中包裹著一只野蜂。科學(xué)家從這個野蜂化石中發(fā)現(xiàn)了它用于采集花粉的身體結(jié)構(gòu)——這顯示出蜜蜂從以其他動物為食的捕食者進化成了授粉者。這樣，蜜蜂的起源可以一直追溯到恐龍時代。
社會的意義
在蜜蜂加入基因組測序俱樂部之前，這個俱樂部已經(jīng)有了兩位昆蟲成員：果蠅和一種按蚊。很顯然，科學(xué)家有很好的理由要求測出這兩種昆蟲的基因組序列。果蠅是遺傳學(xué)實驗室最常用的實驗生物之一，科學(xué)家稱之為模式生物。測出果蠅的基因組可以讓科學(xué)家更好地操縱這個“模型”。按蚊的基因組測序帶有人道主義色彩，因為按蚊是瘧疾的傳播媒介。在非洲每年有數(shù)千萬人感染瘧疾，其危害不亞于艾滋病。測出按蚊的基因組可以幫助科學(xué)家找到對付瘧疾的新方法。但是蜜蜂有什么獨特之處呢？
蜜蜂是最典型的社會性昆蟲之一，高度組織、分工明確的社會形態(tài)讓其他昆蟲相形見絀。相比之下，果蠅簡直就是一群烏合之眾。在一個典型的蜂群中，有一個占支配地位的蜂王，其下是無數(shù)為她工作的工蜂“臣民”(與其說是臣民，不如說她們都是蜂王的女兒)，以及只負責(zé)交配的短命雄蜂。即便看上去幾乎一模一樣的工蜂，也存在社會分工。一些工蜂負責(zé)照料蜜蜂的幼蟲，另外一些則負責(zé)修建蜂巢、收集花蜜和花粉。
工蜂的智慧常常令人感到驚嘆。一只工蜂可以飛到數(shù)公里外尋找可供采集口糧的花朵，它不但可以辨別并記住不同的花，還能飛回蜂巢告訴同伴蜜源在何處。這就是著名的蜜蜂“舞蹈”。如果蜜源距離蜂巢較遠，工蜂會跳一種8字舞，告訴同伴蜜源的方位(以當(dāng)時的太陽作為參照物)和距離。如果蜜源就在附近，工蜂就會跳圓形舞。
奧地利生物學(xué)家卡爾·馮·弗里施(Karlvon Frisch)因為破解了蜜蜂舞蹈的秘密而獲得了1973年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。然而，蜜蜂的腦只有不到芝麻粒那么大，其中只有100萬個神經(jīng)元(相當(dāng)于人類大腦神經(jīng)元數(shù)量的100萬分之一)。
科學(xué)家選擇蜜蜂作為測序?qū)ο?，正是由于它獨特的社會特性。一些科學(xué)家認為，人類社會與蜜蜂王國有一些類似之處。研究社會行為的生物學(xué)基礎(chǔ)，這是社會生物學(xué)的工作。一些在動物身上進行的研究已經(jīng)表明了基因、環(huán)境和行為之間是如何相互影響的。
但是科學(xué)家沒法直接對人類社會進行過于激進的實驗?！翱茖W(xué)家不能改造人類社會——諸如分裂家庭或者建立同一年齡的人組成的社區(qū)?！薄蹲匀弧冯s志在同期發(fā)表的一篇社論中指出，“但是科學(xué)家可以對蜜蜂這樣做，然后觀測這些干預(yù)對于蜜蜂基因和生理的影響。蜜蜂的用處在這里：它和我們一樣既復(fù)雜又熟悉，又和果蠅一樣，很容易在對照條件下加以研究?！?/p>
科學(xué)家已經(jīng)找到了蜜蜂不同于其他非社會性昆蟲的一些特征。在11月的《基因組研究》雜志上，伊利諾依大學(xué)香檳分校的休·羅伯遜(Hugh Robertson)和凱文·沃納(Kevin Wanner)報告說，他們在蜜蜂基因組中找到了大約165個與氣味感受器有關(guān)的基因。而在果蠅和按蚊的基因組中，這類基因的數(shù)量只有蜜蜂的一半。這種現(xiàn)象很容易理解，因為蜜蜂需要通過氣味辨識敵我和尋找合適的花朵。
雖然蜜蜂的嗅覺靈敏，它們的味覺卻相對遲鈍。在蜜蜂的基因組中，科學(xué)家只找到了10個與嗅覺感受器有關(guān)的基因。相比之下，果蠅有68個這類基因，按蚊有76個。羅伯遜說，蜜蜂不需要太多的味覺感受器，因為蜜蜂幼蟲生活在蜂房里，由成年工蜂喂養(yǎng)，而開花植物進化出了一些吸引蜜蜂授粉的機制，蜜蜂就不需要發(fā)展出多余的味覺感受器。此外，由于蜜蜂集體生活在蜂巢中，它們負責(zé)制造外殼(用于保護自身)的蛋白質(zhì)的基因就較少。
科學(xué)家也在尋找其他和蜜蜂行為有關(guān)的生物學(xué)特征。伊利諾依大學(xué)香檳分校的神經(jīng)生物學(xué)家吉恩·魯賓遜(Gene Robinson)和同事探測了數(shù)千個基因在蜜蜂的腦中是如何表達的，以及保幼激素(阻止昆蟲成年的一類激素)對這些基因的影響。這些基因在蜜蜂的腦中是否被激活，影響著蜜蜂行為的變化。
但是這些研究僅僅是一個開端?！懊鄯浠蚪M的破解者已經(jīng)開始在分子遺傳學(xué)的層次上研究(蜜蜂的)這些顯著的社會特征?！鄙鐣飳W(xué)的創(chuàng)始人E·O·威爾遜在同期《自然》上發(fā)表評論說，“這個DNA測序是朝著回答一個社會進化基本問題邁出的重要一步，也就是在基因組的層次上，是什么造就了一種高級的群居昆蟲？隨著這項研究的拓展，科學(xué)家將很快著手研究第二個同等重要的問題：到底是什么造就了一個社會性昆蟲物種？”
（作者：柯南 編輯：王晶 來源：新浪）
