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工蜂的“政變”

2018-09-17 10:29:08敖清昶
科學(xué)之謎 2018年4期
關(guān)鍵詞:雌蜂產(chǎn)下雄蜂

敖清昶

類似于美劇《權(quán)力的游戲》中的宮廷陰謀一樣,蜂群中也會上演類似的情節(jié)。一項新的研究表明,某些蜂族的蜂后如果產(chǎn)下了不正常的雄性后代,一些工蜂將會群起而攻之,殺掉它們的女王。蜂后的位置會被蜂后的一個女兒取代,只要它能產(chǎn)下正常的雄性后代。

為什么工蜂會根據(jù)蜂后產(chǎn)下的雄蜂是否正常,來擁戴或推翻它們的女王呢?要了解這一點,我們需要了解一下雄蜂和雌蜂之間的區(qū)別。

災(zāi)難性的二倍體雄蜂

一個蜂群通常有一個蜂后,以及眾多的工蜂和少數(shù)的雄蜂。蜂后和工蜂都是雌蜂,它們由受精卵孵化而來。這樣,雌蜂細(xì)胞內(nèi)有兩組染色體,一組來自于父方,一組來自于母方。也就是說,蜂后和工蜂的細(xì)胞內(nèi)有兩個染色體組,每個基因有兩個拷貝(兩個等位基因)。我們把這種細(xì)胞內(nèi)有兩組染色體的生物稱為“二倍體”生物。我們?nèi)祟愐彩嵌扼w。

雖然蜂后和工蜂都是受精卵孵化出來的,但發(fā)育過程不同。從小吃蜂王漿,那么長大了會成為蜂后。孵化三天后改吃花粉和蜂蜜的混合物的雌蜂,會成為工蜂,它們負(fù)責(zé)所有蜂群的工作,但其性器官發(fā)育不完全。

而雄蜂通常是由未受精卵孵化出的,是蜂后不需要交配就能產(chǎn)下的。而未受精的卵子只有一組染色體,也就是說,雄蜂通常是“單倍體”。雄蜂從來都不工作,它們唯一的任務(wù)就是與蜂后交配。

蜂后一生只交配一次,但它會在體內(nèi)存儲精子以供余生使用。交配后,蜂后可以選擇是否讓特定的卵子受精,這意味蜂后可以控制其后代雄性和雌性的多少。

但是,有時蜂群中會出現(xiàn)二倍體的雄蜂,這是怎么回事呢?

原來成為雄蜂還是雌蜂,取決于一個叫做“互補性別決定”(CSD)的基因。如果基因組中有兩個不同的CSD等位基因,那么它就會成為雌蜂,這通常是由受精卵發(fā)育而成的。但是,如果它只有一個CSD的等位基因,就會成為雄蜂,這通常是由未受精卵發(fā)育而成的。

這種性別決定系統(tǒng)平時都會正常工作。但是,如果一個雄蜂具有的CSD等位基因,與蜂后中的一個CSD等位基因是完全相同的話,那么由這只雄蜂和蜂后產(chǎn)下的受精卵,有一半會具有兩個相同的CSD等位基因,這種情況會使得它成為二倍體的雄蜂。

然而,二倍體雄蜂會成為整個蜂群的災(zāi)難。因為它們是無法生育的,無助于整個蜂群的繁衍,而且與其他正常的雄蜂一樣,它們從不進行工作,只會好吃懶做。本來,由受精卵發(fā)育出的雌蜂大部分會成為工蜂,而二倍體雄蜂的出現(xiàn),會使得蜂群的勞動力減少一半。

蜂后會被暗殺

那么,二倍體雄蜂與工蜂殺掉它們的女王有什么關(guān)系呢?

最近,一些研究人員研究了位于巴西的一種無刺蜂。他們找到了一些包含了會發(fā)育成二倍體雄蜂的蛹的蜂群,作為實驗組,并與當(dāng)?shù)卣5姆淙哼M行比較研究。

他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)這些二倍體雄蜂孵化出來后的第10天左右,所在的蜂群的蜂后就會被工蜂殺死。對照組的蜂后則安然無恙。

他們移除了原蜂群的蜂后,并向每個蜂群引進了一個新的、正常的健康蜂后,并追蹤其活動。結(jié)果也是相同的,新蜂后仍會被工蜂殺死,而對照組的安然無恙。

但這些新蜂后與這些蜂群不存在親緣關(guān)系,所以這暗示著不育的二倍體雄蜂的存在,是造成工蜂暗殺蜂后的原因,而不是蜂后本身有什么問題。也就是說,不管二倍體雄蜂是否就是這個蜂后產(chǎn)下的,只要發(fā)現(xiàn)有二倍體雄蜂,工蜂就會主動殺死蜂后。

一些研究還表明,蜂后不太可能提前知道,要與它交配的雄蜂是否與自己共享著相同的CSD等位基因。所以說,蜂后最開始并不知道自己必死的命運,直到她突然被暗殺的那一刻。

不育的雄蜂有“怪味”

因為二倍體雄蜂會成為整個蜂群的災(zāi)難,所以在工蜂看來,解決此問題最好的辦法,就是殺死蜂后。然后,工蜂會把一個新孵化出的雌蜂擁戴為自己的蜂后(通常,新孵化出的蜂后發(fā)育完全后會離開原蜂群,尋找新的家)。

工蜂如何檢測出不育的雄蜂呢?研究人員發(fā)現(xiàn),對于工蜂來說,正常的單倍體雄蜂和不育的二倍體雄蜂,有著不同的氣味。那么,這種雄蜂的氣味何時開始變得不同呢?研究結(jié)果顯示,大約是孵化出來后的第10天——這正是實驗組中的蜂后開始離奇地死亡的時候。

那么,為什么不在孵化出來前就把這些二倍體雄蜂根除掉呢?其實對于蜜蜂來說,它們的確是這么做的,因為蜜蜂的工蜂會參與卵孵化和幼蟲的撫養(yǎng),很容易“聞到”二倍體雄性并殺死它。但對于研究人員做實驗的無刺蜂來說,卵在發(fā)育早期就被密封在蜂巢中,直到它們成為成蟲時,工蜂才能有機會與它們接觸。

而除了蜂族以外,黃蜂和螞蟻都有殺死女王的行為。一個例子是黃蜂,它們的蜂后的壽命通常只有一年左右,隨著年齡的增長,繁殖能力下降,而工蜂通常會在年底時殺死蜂后。

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