熊蜂工蜂用它们的口器戳破开花植物叶片，在叶上留下形状独特的孔洞（图1），但初步观察发现它们不以叶片为食，也不把叶片运回蜂巢，这些行为的意义何在？
图1 熊蜂利用口器损伤植物叶片
苏黎世联邦理工学院De Moraes教授课题组发现了这一现象，并于近日在Science期刊上发表了相关探究结果。研究表明，熊蜂戳破开花植物叶片的行为，在花粉来源匮乏时显著增加，在花粉充足时大量减少，这一现象在商业化的和野生的蜂种中均存在；熊蜂造成的损伤可促进植物提早开花——较无损伤组，早花约半个月到一个月，较机械损伤组，亦早花约一周至一月。研究揭示出传粉昆虫和开花植物间全新的互作方式，也暗示蜂类在损伤植物过程中可能分泌了特殊的信号物质，告诉植物“我已经来啦，想给你授粉！”，植物接受信号并改变开花时间与之协调。
植物在适宜的条件下开花，才利于受精和种子发育正常完成，在演化过程中，开花植物建立起了一系列分子调控机制，来响应光、温等环境变化、控制开花时间。但对虫媒授粉的植物而言，却有顾此失彼的风险——它们的开花时间还需和传粉昆虫的存活期吻合。多项研究表明，人类活动导致的气候改变，正在以破坏生态互作的方式，对动植物的生存造成威胁[1]。熊蜂采食花蜜和花粉，食物来源不足时，蜂群的生存率和繁殖率显著降低，春天蜂群处于建立早期时较为脆弱，这种威胁尤甚[2]；同时对依赖其传粉的植物而言，花开时缺少蜂群，成功受精的几率也大大降低。研究者观察到熊蜂工蜂有对植物叶片的损伤行为，且不以叶片为食或为筑巢材料，推测这一行为可能与之后的开花进程相关。为探究这一现象，研究人员设计了多组室内/户外实验。首先，以尚未开花的番茄（S lycopersicum）和黑芥（B.nigra）为植物材料，以商业化熊蜂蜂种B. terrestris的工蜂为昆虫材料，设计了有蜂群处理组、人为模拟损伤组和无损伤对照组，统计发现蜂群有持续地损伤植物叶片的行为，被蜂群损伤的植物，其开花时间分别较无损伤组、人工损伤组提前30天、25天（番茄）和16天、8天（黑芥），证明熊蜂损伤确实能改变植物花期。进一步，以饲喂花粉和不饲喂花粉的熊蜂蜂群为对照，统计它们对未开花黑芥的损伤行为，发现在花粉匮乏的情况下，熊蜂对叶片的损伤行为显著增加。以上室内试验证明，熊蜂损伤叶片的行为受花粉匮乏的诱导而大量增加，该行为能促进植物提早开花；然而在自然条件下，当更远处有其他花粉来源时，熊蜂是否仍会损伤临近植物的叶片来促其早花？随自然环境中花粉来源增多，该损伤行为是否减少？为探究以上问题，研究者进一步开展了三次田间试验，增加了植物种类、蜂群种类和环境条件种类，最终证实熊蜂工蜂对植物叶片的损伤行为总是存在，当环境中缺少花粉来源时，损伤活动频繁，当种群旁或周遭更远处（约20米）环境中花粉来源充足时，损伤行为均显著减少（图2）。Consuelo De Moraes教授课题组来自苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich)-系统环境科学系 (Department of Environmental Systems Science)，主要研究方向为植物-植物/植物-昆虫种间互作的行为模式和化学信号。开花植物和授粉昆虫经漫长的协同演化，才有了契合的发育周期和互作方式，但如今，全球变暖导致的气候异常愈益频繁，该文研究结果显示，熊蜂找到了一定程度上克服困难的方法，但其他蜂类，如蜜蜂等，并未被观察到有类似行为。众多我们赖以生存的植物需异花授粉，而昆虫是异花授粉最重要的媒介。气候变化可能以更多意料之外的方式破坏现有的生态平衡，延缓气候变暖、探究动植物应对机制、寻找改善方法尤其重要。
图2 田间试验表明花粉来源匮乏时，熊蜂损伤蜜源植物叶片的行为增加
[1] Roulston T H , Goodell K . The Role of Resources and Risks in Regulating Wild Bee Populations[J]. Annual Review of Entomology, 2011, 56(1):293-312.[2] Requier F , Jowanowitsch K K , Kallnik K , et al. Limitation of complementary resources affects colony growth, foraging behavior, and reproduction in bumble bees[J]. Ecology, 2020, 101.
教育部
