中新網(wǎng)福建新聞4月29日電 近日，福建農(nóng)林大學(xué)蘇松坤研究員團(tuán)隊(duì)牽頭聯(lián)合法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)Martin Giurfa教授團(tuán)隊(duì)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)張少吾教授在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》上以“Food Wanting is Mediated by Transient Activation of Dopaminergic Signaling in the Honey Bee Brain”(蜜蜂腦部瞬時(shí)激活的多巴胺信號(hào)調(diào)控食物欲望)為題發(fā)表最新研究成果。
《Science》刊發(fā)“Food Wanting is Mediated by Transient Activation of Dopaminergic Signaling in the Honey Bee Brain”
(蜜蜂腦部瞬時(shí)激活的多巴胺信號(hào)調(diào)控食物欲望)
這一研究成果首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)蜜蜂腦部多巴胺調(diào)控食物欲望(Food Wanting)，揭示了蜜蜂(昆蟲(chóng))擁有與哺乳動(dòng)物類似的多巴胺調(diào)控的食物欲望系統(tǒng)。該研究為高等動(dòng)物乃至人類基本生理需求食物欲望的比較進(jìn)化研究提供創(chuàng)新性的重要科學(xué)證據(jù)；為蜜蜂采集性狀相關(guān)的分子基礎(chǔ)研究和優(yōu)良蜂種培育提供新的思路；也為人類多巴胺相關(guān)的生理心理和學(xué)習(xí)記憶障礙等健康問(wèn)題研究提供新的生物模型。
蜜蜂是全球性的重要經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)，也是研究社會(huì)行為和健康的模式生物(Nature，2006)。食物對(duì)于蜜蜂個(gè)體和群體的生存繁衍是至關(guān)重要的。蜜蜂個(gè)體為了滿足自身和蜂群對(duì)食物的需求而出巢采集食物，蜜蜂采集食物回巢后，通過(guò)舞蹈語(yǔ)言告訴其他同伴食物源的方向和距離信息，招募同巢蜜蜂出巢采集，大大提高采集效率，滿足蜂群的食物需求，蜜蜂采集后舞蹈語(yǔ)言及其形成機(jī)制的研究是探索蜜蜂社會(huì)行為的重要窗口和前沿領(lǐng)域。
在哺乳動(dòng)物中，欲望(wanting)的過(guò)程受中腦邊緣多巴胺神經(jīng)通路調(diào)控。盡管無(wú)脊椎動(dòng)物表現(xiàn)出復(fù)雜的食物搜尋行為，是否存在類似的驅(qū)動(dòng)食物搜尋的欲望系統(tǒng)仍然未知。蜜蜂是研究這一問(wèn)題的理想的生物，因?yàn)槊鄯渚哂忻芗牟杉顒?dòng)，發(fā)達(dá)的社會(huì)組織，還擁有一套象征的編碼以傳遞食欲獎(jiǎng)賞信息：擺尾舞—傳遞良好食物源的方向和距離信息。這套編碼的存在允許我們探究跳舞蜂除了交流指向食物源的矢量信息，是否還瞬時(shí)回憶起可利用的食物源的快樂(lè)特性。我們的問(wèn)題是：采集蜂在前往良好食物源的途中是否受欲望系統(tǒng)(wanting system)驅(qū)動(dòng)？擺尾舞是否通過(guò)回憶起良好食物源使欲望系統(tǒng)(wanting system)恢復(fù)活動(dòng)？
為了回答這些問(wèn)題，研究人員監(jiān)測(cè)已標(biāo)記的采集蜂的采集和跳舞行為，同時(shí)檢測(cè)和干擾采集蜂在采集和信息交流循環(huán)關(guān)鍵階段的腦部生物胺信號(hào)。結(jié)果表明，在采集蜂跳舞的起始階段和離巢前往良好食物源階段，其腦部的多巴胺水平顯著升高(試驗(yàn)一)；蜜蜂的食物采集活動(dòng)受到多巴胺拮抗劑的負(fù)面影響，食物采集欲望下降，(試驗(yàn)二)；個(gè)體饑餓也會(huì)提升采集蜂的腦部多巴胺水平，采集蜂腦部多巴胺升高會(huì)增強(qiáng)其對(duì)蔗糖溶液的快樂(lè)值，提高其食欲相關(guān)的氣味學(xué)習(xí)能力和記憶能力(試驗(yàn)三)。據(jù)此，我們提供了蜜蜂腦部存在由個(gè)體饑餓和在跳舞場(chǎng)景中回憶起良好食物源的快樂(lè)值觸發(fā)的多巴胺神經(jīng)通路為基礎(chǔ)的欲望系統(tǒng)wanting system的科學(xué)證據(jù)。
試驗(yàn)一、探究蜜蜂采集后跳舞過(guò)程不同階段其腦部生物胺類神經(jīng)遞質(zhì)濃度的變化。蜜蜂為了滿足蜂群社會(huì)的食物需求和個(gè)體的食物需求而進(jìn)行大量的出巢采集食物活動(dòng)，研究人員通過(guò)監(jiān)測(cè)蜜蜂定點(diǎn)采集食物后回巢跳舞的不同階段的行為表現(xiàn)，利用高效液相色譜-電化學(xué)檢測(cè)器(HPLC-ECD)定量檢測(cè)不同階段蜜蜂腦部多巴胺水平。研究發(fā)現(xiàn)，在跳舞起始階段和剛到達(dá)飼喂器未取食階段，蜜蜂腦部多巴胺水平顯著升高(圖1-A)；采集蜂即將離開(kāi)蜂巢前往飼喂器和到達(dá)飼喂器時(shí)，蜜蜂腦部多巴胺水平?jīng)]有顯著變化(圖1-B)；采集蜂第一次到達(dá)飼喂器時(shí)，腦部多巴胺水平顯著升高，飛行次數(shù)對(duì)腦部多巴胺水平?jīng)]有顯著影響(圖1-C)。
試驗(yàn)二、蜜蜂多巴胺能信號(hào)藥理學(xué)阻斷(抑制)對(duì)食物采集行為的影響。采用多巴胺拮抗劑(fluphenazine)對(duì)多巴胺能信號(hào)進(jìn)行藥理學(xué)阻斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蜜蜂采集食物的頻率顯著降低(圖2-A)，每次往返采集的總時(shí)間顯著延長(zhǎng)(圖2-B)，每次往返采集的飛行時(shí)間不變(圖2-C、D)，而在巢內(nèi)停留時(shí)間顯著增加(圖2-E)，表明蜜蜂的食物采集活動(dòng)受到多巴胺拮抗劑的負(fù)面影響，食物采集欲望下降。利用拮抗劑干擾多巴胺信號(hào)傳遞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明蜜蜂食物欲望受腦部多巴胺信號(hào)調(diào)控。
試驗(yàn)三、多巴胺調(diào)控的食物欲望系統(tǒng)影響蜜蜂個(gè)體食欲反應(yīng)和食欲相關(guān)的學(xué)習(xí)記憶行為。研究發(fā)現(xiàn)：蜜蜂個(gè)體的食物剝奪(饑餓)會(huì)導(dǎo)致蜜蜂腦部多巴胺水平顯著升高(圖3-A)；人為提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能夠增強(qiáng)個(gè)體對(duì)蔗糖溶液的食欲反應(yīng)(圖3-B)；人為提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能夠增強(qiáng)她們與食欲相關(guān)的氣味學(xué)習(xí)能力(圖3-C)；人為提高蜜蜂采集蜂多巴胺水平能夠提高個(gè)體與食欲相關(guān)的氣味記憶能力(圖3-D)。
綜上所述，該研究聚焦執(zhí)行密集采集食物活動(dòng)以滿足蜂群食物需求的采集蜂，探究采集蜂出巢采集是否受特定的獎(jiǎng)賞期望(食物欲望)驅(qū)動(dòng)，并且在跳舞階段是否回憶起這些獎(jiǎng)賞期望。通過(guò)監(jiān)測(cè)蜜蜂的采集和跳舞行為，同時(shí)定量檢測(cè)和干擾蜜蜂腦部的生物胺信號(hào)。結(jié)果表明，采集蜂在前往食物源途中和采集后回巢跳舞階段，通過(guò)增強(qiáng)食欲和回憶良好食物源，能夠瞬時(shí)激活腦部多巴胺相關(guān)的欲望系統(tǒng)。該研究揭示了昆蟲(chóng)擁有與哺乳動(dòng)物類似的編碼由積極愉悅刺激產(chǎn)生的欲望的神經(jīng)機(jī)制。
福建農(nóng)林大學(xué)為該研究成果的第一署名單位。蘇松坤研究員為通訊作者，其指導(dǎo)的四位接繼開(kāi)展該研究工作的研究生黃景南、張曌楠、封王江和趙元洪為共同第一作者，法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)Martin Giurfa教授為共同通訊作者。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 31772684、31340061)、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(蜜蜂)項(xiàng)目(No. CARS-44、CARS-45)的長(zhǎng)期大力資助。特別是原農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部2007年聯(lián)合建設(shè)國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，蘇松坤團(tuán)隊(duì)從2008年開(kāi)始就入選國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(蜜蜂)項(xiàng)目(No. CARS-45)的崗位科學(xué)家，持續(xù)穩(wěn)定的資助讓科研人員既能從蜂產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要(蜜蜂采集蜂蜜花粉，培育采集力強(qiáng)的優(yōu)良蜂種)出發(fā)，又能心無(wú)旁騖地潛心研究蜜蜂采集這一重要性狀形成的分子基礎(chǔ)，為培育優(yōu)良蜂種提供科技支撐，十年磨一劍，勇攀高峰。國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系成功探索了產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向、政產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的新型科研組織模式，培養(yǎng)造就一支既能"頂天"世界科技前沿，又能"立地"產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求的高素質(zhì)人才隊(duì)伍，走出了一條符合中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)科研規(guī)律的中國(guó)特色農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展新路子。(完)