蜜蜂作为时间生物学领域最早的昆虫模型之一,其生物钟调控行为的重要性早在二十世纪初就受到研究者关注,包括昼夜节律与社会环境、行为可塑性及任务分工的关联等。蜜蜂刚羽化时尚未建立昼夜节律,其神经生物钟在羽化后持续发育。稳定的昼夜运动节律在成蜂前两周逐渐形成。
光照是塑造多数生物昼夜节律的核心环境信号,人工照明的危害正日益凸显。持续长光照导致蜜蜂睡眠减少,更频繁被巢伴惊醒,且显著偏好较暗休息区;异常光照会严重影响蜜蜂等生物的繁殖、生理及节律;光照减少会提升蜜蜂脂蛋白储备,使其呈现类似越冬的生理状态。去甲肾上腺素(NE)及其等效物章鱼胺(OA)是很多动物共有的应激相关神经递质。人类中NE对注意、记忆和执行功能等认知过程至关重要。虽然NE在昆虫学习或应激中的作用尚未明确,但其等效物OA已被证实参与昆虫应激反应,并能影响蜜蜂的记忆保留。
该研究旨在揭示光照变化如何影响蜜蜂生物胺代谢、生存及采集能力这一知识空白。为此中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)化学生态学研究组与美国加州大学开展合作研究。结果显示:持续光照会显著提高蜜蜂死亡率并损害嗅觉学习记忆能力。持续光照组的蜜蜂NE浓度始终维持更高水平。在正常光暗周期中人为提升NE浓度,可重现类似的光照应激效应——生存率下降与认知功能受损,从而确证NE在光胁迫中的关键作用。该研究首次揭示NE与章鱼胺(OA)类似参与蜜蜂应激反应与认知损伤,为理解人工光照环境如何影响昆虫生理行为提供了重要依据。
相关研究结果以Light-induced disruptions elevate norepinephrine and impair cognition in honey bees为题,发表于国际昆虫学专业期刊Entomologia Generalis。版纳植物园博后顾高营为第一作者,董诗浩研究员、谭垦研究员与美国加州大学圣地亚哥分校James C. Nieh教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、云南兴滇英才支持计划、版纳植物园“十四五”和版纳植物园博士后等项目的联合支持。
图:持续光照提升蜜蜂脑部去甲肾上腺素(NE)水平,(A1-A7)显示正常蜜蜂在14/10光暗循环、持续黑暗和持续光照条件下,1天、2天和7天后脑部NE水平。(B-D)展示三种光照条件下蜜蜂脑部NE的昼夜动态。
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