上接【蜜蜂的社会分工】，【蜂王是怎样炼成的】，这是第三，也是”蜜蜂社会生理一章“的最后一部分。

3.越冬蜂与夏季蜂之间的差异和老化
3.1. 差异的描述

工蜂除了不同日龄会有不同工作，同时在同一日龄也会有不同分工，而且他们的生理和寿命在不同季节里也有很大的差异。“夏季蜂”在夏天一般能活15-38天（Free 和Spencer-Booth, 1959; Fukuda 和Sekiguchi, 1966）,“越冬蜂”(也叫长寿蜂）在冬天能活到150-200天(Anderson, 1935; Free 和Spencer-Booth,1959; Fukuda和Sekiguchi，1966)。越冬蜂可以被视为“超级哺育蜂”，因为他们跟哺育蜂有相同的特征：低保幼激素浓度，王浆腺个体较大（大于普通哺育蜂，），在他们的血淋巴和脂肪体中具有高脂质和蛋白质（Fluriet al., 1977，1982; Koehler，1921; Maurizio，1954;Shehata et al., 1981）。采集蜂也有较高的比例的不参与免疫防御的凝固性血细胞（Amdam et al., 2004b; Rutz et al.,1974; Wille和Rutz, 1975）（表2）。尽管它们很老了，但它们似乎也能随时变成哺育蜂。是什么原因导致这巨大差异？这个问题长期吸引着科学家和养蜂人。

3.2使蜜蜂活得更久的方法

早期研究似乎彼此矛盾。实验表明强迫饲养幼虫能让工蜂活得超过正常夏季蜂的年龄。Milojevic（1940）通过提走新羽化蜂来强迫800只2-5天的蜜蜂持续哺育幼虫，70天后，他发现在剩下的177只蜜蜂中，89%的蜜蜂还有发育的王浆腺，虽然她们已经过了普通哺育蜂的年龄（5-16天）。 Haydak（1963）证实了蜜蜂可以被强迫饲养幼虫，直到138天的日龄。在这个日龄90％的蜂仍然有发达的王浆腺。

然而其它研究似乎暗示蜂群内缺少幼虫反而可以使蜜蜂活得更长。Maurizio（1950）表明蜂群中有幼虫时，27日龄的工蜂有已经耗尽的王浆腺和未发育的脂肪体，这些蜜蜂最多活38天。相反，当蜂王被关断子时，144天大的工蜂仍然有发达的王浆腺和脂肪体，有些活到了166天。因此作者认为可以在夏天通过断子来培育寿命长，脂肪体大，王浆腺饱满的“越冬蜂”（此后称为长寿蜂，以避免混淆）(Maurizio, 1950, 1954)。Halberstatdt (1966)使用电泳研究王浆腺蛋白时发现养在笼子里的工蜂和长寿蜂有相似似的条带（蛋白）。分蜂群中84-90%的工蜂与长寿蜂也有类似条带。最后，在有少量幼虫的蜂群中，工蜂的电泳图谱处在哺育蜂和长寿蜂之间。当没有花粉提供给蜜蜂时，她们的蛋白条带没有改变。因此，作者认为缺乏蛋白来源只引起定量差异，而没有幼虫则影响蛋白条带的质量。

通过防止新出房蜂，从而减少采集蜂的抑制剂（油酸乙酯）的稀释，这样应该会使哺育蜂持续更长的哺育期。同理，这也可以解释断子使得蜜蜂能活更长的现象：因为断子减少采集，而采集蜂则在蜂群内待得更久，使得采集蜂给其它蜜蜂更多的油酸乙酯而推迟成为采集蜂。然而，社会抑制模型并不能解释表2中所列的哺育蜂与长寿蜂在生理学上的巨大差异。

 

3.3卵黄蛋白原在寿命调节中的作用

保幼激素哺育蜂血淋巴中有高的卵黄蛋白原和低的保幼激素浓度，而采集蜂则相反。Nelson等人(2007)敲除蜜蜂卵黄蛋白原基因导致保幼激素增加，采集提前和寿命缩短。果蝇的保幼激素与衰老有正相关，而与外界压力胁迫负有相关（Tatar et al., 2001）。在蜜蜂中，保幼激素与压力是正相关，但卵黄蛋白原保护细胞免受抗氧化损伤并维护工蜂的免疫细胞。Seehuus等人（2006a）发现采集蜂大脑由于氧化造成的羰基化细胞损伤比那些在同一年龄的哺育蜂和长寿蜂要高。卵黄蛋白原敲除蜂更易受氧化损伤并有更多的浓缩核血细胞（细胞快要死亡时的状态），可能的机制是卵黄蛋白原可以作为抗氧化剂提供羰基化目标接受不可逆的氧化损伤（Seehuus et al., 2006b），这是一个推动衰老的重要因素。采集蜂在脂肪体中的卵黄蛋白原比哺育蜂和长寿蜂低（Amdam et al., 2004a; Amdam et al., 2005b）。因此，它们的压力引起的细胞氧化损伤程度会更高。

 

此外，最近发现锌含量与卵黄蛋白原和血淋巴中的正常血细胞成正比（Amdamet al., 2004b; Seehuus et al., 2006b）。卵黄蛋白原在包括蜜蜂在内的许多物种中属于最重要的锌结合蛋白（Mitchell和Carlisle，1991; Montorzi et al., 1994;Amdam et al., 2004b; Martin和Rainbow,1998）。锌依赖的酶参与与免疫反应和血细胞的功能（Wedde et al., 1998）。因此，减少采集蜂的卵黄蛋白原会导致锌的减少，从而降低血细胞数量（Amdam et al., 2004b）。

 

3.4幼虫及幼虫信息素在寿命影响中的作用

Smedal等人（2009）最近研究了幼虫或幼虫信息素在卵黄蛋白原的储存和蜜蜂寿命中的影响，结果发现在无子和无幼虫信息素组的蜜蜂脂肪体中含有最高的卵黄蛋白原储存，而其他组合（信息素，信息素加幼虫，单独的幼虫）都造成同样较低卵黄蛋白原储存。蜜蜂的寿命显示更强的效果：不给蜜蜂接触幼虫和信息素，最长的寿命超过200天，那些接触其中之一的则为中等寿命，而接触两者的最低。

虽然越冬蜂与夏季蜂之间的差异可以给我们许多年龄调控方面的信息，其它像采集蜂和哺育蜂之间的对比等方法也可以给我们提供信息。下面我们简单讨论一下其它与蜜蜂老化有关的研究。

【译者加：2018.5月在冷泉港的社会昆虫基因组会议上有人报道（Mehmet Doke, Tugrul Giray, and Christina Grozinger ），他们跟踪了蜜蜂进入冬天时的所有活动的基因的表达。然后跟夏天的采集蜂和哺育蜂的基因比较。他们认为冬季蜂是第三种蜜蜂，同时具有哺育蜂和采集蜂的特性：很活跃的脂肪体，提供能源，超活跃的飞行肌，也许使越冬蜂更好的产热。】

 

3.5蜜蜂的衰老

3.5.1 采集蜂比哺育蜂衰老更快

工蜂在哺育和采集的两个过程中都要经历衰老（Dukas,2008; Remolina et al., 2007; Rueppell et al., 2007）。Remolina等人(2007)研究饥饿、热和氧化应激与蜜蜂衰老的关系时发现哺育蜂对这三个压力的抵抗力随日龄升高而降低。同样，飞行笼实验研究也揭示了采集蜂死亡率随着年龄增加而升高(Rueppellet al., 2007)。但并不是所有的器官都是以同样的速率随日龄而下降，一些器官甚至可能显示暂时性增强功能。Vance等人（2009）发现哺育蜂的飞行能力较低，而采集蜂飞行能力随着年龄的增长提高，在中年达到最高水平，然后减少。

 

蜜蜂的采集日龄被证明是工蜂寿命的一个关键决定因素。采集年龄越早，工蜂衰老越快，采集寿命也越短。Rueppell等人（2007a）在飞行笼和田间试验发现采集日龄与工蜂寿命是正相关的（即晚开始采集的蜂活得更长），但与总采集天数呈负相关（即尽管活得更久，晚采集蜂采集天数更短）。

 

3.5.2 细胞衰老及其机制

采集蜂比哺育蜂衰老更快还在分子水平上得以证实。从哺育蜂过渡到采集蜂，与ATP合成、糖酵解和自由基防御相关的蛋白质的量都会发生改变（Wolschin和Amdam，2007）。根据衰老自由基理论，活性氧是衰老的关键驱动因素，它会破坏DNA和膜蛋白，干扰与重要的信号级联和诱导细胞凋亡（Harman，1993）。活性氧是线粒体电子传递链中消耗分子氧的副产物。高活性氧与较短的寿命之间的因果关系在线虫和果蝇中被证实。采集蜂比哺育蜂衰老更快，其分子机理可能是因为采集蜂的更高的代谢率，因为飞行过程需要更高的氧消耗。

衰老伴随着免疫力的下降，从而增加易感性，这是人类(Dorshkindet al., 2009）和果蝇（Zerofsky et al., 2005）都有的规律。衰老与免疫功能下降的关联在熊峰(Doums et al., 2002）和蜜蜂群体中也都一样。在蜜蜂群体中，当巢内蜂转为采集蜂时，浓缩核血细胞比例增加（Rutz和Lüscher, 1974; Wille和Rutz, 1975）。因为正常的血细胞参与应激抵抗和防御微生物，这提示蜜蜂免疫衰老参与老化。有趣的是，当采集蜂由实验条件下逆转成哺育蜂时这种变化是可逆的(Amdam et al., 2005a）。

 

3.5.3。胰岛素信号和Rapamycin 靶标在蜜蜂衰老中的作用

胰岛素信号或Rapamycin靶标的降低往往能够延长昆虫的寿命，如线虫和果蝇（Kapahi et al., 2004; Kenyon, 010;Partridge, 2010; Tatar et al., 2001; Vellai et al., 2003）。在蜜蜂，这两个通路影响保幼激素，因此也影响工蜂寿命。花粉囤积的数量性状基因座也包括胰岛素信号通路基因（Hunt et al., 2007）。因为高花粉蜂采集较早，这表明胰岛素信号通路被连接到卵黄蛋白原/幼年激素调节的网络。其次，两种通路都显示影响蜜蜂的采集年龄（Ament et al., 2008），但是我们已经知道提前采集蜂会寿命更短。最后，近来的一项研究显示了卵黄蛋白原和保幼激素两个信号的基因都被干扰时，胰岛素样肽1（AmILP1）提高了表达，而对饥饿的耐受力降低（Wang et al., 2012a）。耐饥饿能力与寿命呈正相关。以上数据表明胰岛素信号和Rapamycin靶标两个通道都影响卵黄蛋白原和保幼激素，进而调节成年工蜂的寿命。

 

3.5.4 工蜂卵巢的作用

卵巢通常与繁殖有关，然而繁殖与寿命有相关。在大多数昆虫中，繁殖和长寿是拮抗性的，意味着减少繁殖可以延长昆虫的寿命。在蜜蜂社会中，这往往是相反的，产卵蜂王比工蜂活得久。但工蜂跟其它昆虫一致：卵巢更大则寿命更短。前面提到的高花粉品系比低粉品系，采的花粉多，而且对蔗糖有更高的敏感度。另外高花粉品系卵巢有更多的卵巢管，并采集时间更早。然而，卵巢管数量和采集年龄是简单的相关，还是因果关系还不清楚。在最近的一项研究中，人为增加未选育的工蜂卵巢管数导致采集提前（Wang et al., 2010），表明卵巢可以在衰老中发挥作用。卵巢管数量和寿命之间的可能相关性也从分子水平得以证实。较大卵巢（更多卵巢管）工蜂的血淋巴卵黄蛋白原更高，并且采集年龄更小（提前采集）。因此，工蜂卵巢可能通过卵黄蛋白原保幼激素而调节寿命长短。然而，卵巢移植比没有提高卵黄蛋白原，这个结果揭示来自工蜂卵巢的信号可以是独立于的卵黄蛋白原的。

 

蜂蜜卵巢是蜕皮激素的来源，而脱皮激素在独具昆虫里面是影响繁殖的重要因子。由于成年工蜂蜕皮甾醇非常低，所以很难确定他们作用。Wang 等人(2012b)最近认为工蜂的卵巢接收和响应来自于大脑，脂肪体和环境的系统性信号，比如神经递质，信息素和激素，然后分泌脱皮激素来调节社会行为。因此，未来的研究方向之一是搞清楚卵巢管数量是否与工蜂寿命具有因果效应，以及蜕皮激素是否参与寿命调节。

 

3.5.5 蜜蜂衰老的表观遗传调控

表观遗传调控是动物中调控营养引起的衰老和寿命的一个主要机制（Li et al., 2011）。酵母，蠕虫，蝇，鱼和哺乳动物的的通过限制热量而得来的寿命延长，都是通过DNA甲基化和组蛋白修饰而实现的（Li et al., 2011）。

 

最近，跟无脊椎动物和脊椎动物中一样，蜜蜂中也发现幼虫的短期营养限制增加了成年期的饥饿抵抗力，（Wang et al., 未发表的数据）。因为饥饿抵抗通常是与寿命正相关，这些数据表明表观遗传也会包含营养信息来影响蜜蜂寿命。另一项研究也支持这个想法。在该研究中，DNA甲基化在哺育蜂和采集蜂中不同，并且甲基化模式恢复到哺育蜂的样式，如果采集蜂逆转成哺育蜂(Herb et al., 2012)。该研究进一步支持DNA甲基化可能通过掺入营养信息来调节蜂蜜寿命。

 

目前，表观遗传机制如何影响蜜蜂的衰老仍然存在许多疑惑。比如，DNA甲基化和组蛋白修饰是否在蜜蜂衰老中发挥作用？哺育蜂和采集蜂是否因为表观因子不同而影响它们不同的衰老过程？越冬蜂的寿命是否也和表观遗传有关？因为它们比哺育蜂有更丰富的脂质和蛋白质储存和具有更多的卵黄蛋白原。卵黄发生原和保幼激素是否调节成年工蜂的表观遗传？

 

结论

通过以上概述，蜜蜂的三种分化：工蜂行为分化，蜂王与工蜂级型分化和长寿蜂分化，都有一些共同的机制。值得注意的是，保幼激素参与所有情况：保幼激素在采集蜂中最高并能提前采集，将它施用在工蜂幼虫上时能诱导蜂王形态。在长寿蜂中保幼激素较低，但在短命蜂中能升高。卵黄蛋白原在哺育蜂中浓度高，在采集蜂中低，并且在长寿工蜂中更高。但是，它是不涉及蜂王与工蜂的级型分化。胰岛素信号和Rapamycin靶标的两种通路既涉及哺育蜂到采集蜂的过渡，又参与蜂王和工蜂级型分化。胰岛素信号还涉及产生长寿蜂，至于Rapamycin靶标是否也参还有待进一步研究。最后，DNA甲基化也涉及在所有三个分化的过程中。因此，所有三个分化，虽然在表面上很不相同，但可能都享有共同的深层机制。

文章来源 《蜂箱与蜜蜂》一书中的一章。

蜜蜂的社会生理： 行为分工，级型分化和寿命差异

 

原著（英文）：黄智勇， 密歇根州立大学昆虫系

王莹， 亚利桑那大学生命科学学院

 

翻译： 谢宪兵（南昌大学），黄智勇

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生物学写到这里。 下次可能要到冬天了哈。

【上次试验得10元人民币以后偶尔，不定期测试】