生物学家们已经习惯了听到微生物操纵宿主的故事——一种真菌能把蚂蚁变成有自杀倾向的僵尸,一种原生动物能让老鼠去寻找猫尿——但是很少有宿主改变他们的微生物的例子。
我和我的同事刚刚发表了一篇论文,证明了在北美东部发现的埋葬甲虫,即缘埋虫,可以改变其地下巢穴中微生物产生的气味,以挫败窃取其巢穴的竞争对手。
我研究埋葬甲虫已经超过30年了,起初是为了了解它们的父母行为和生理,但最近它们在腐尸昆虫群落中的角色,腐尸昆虫将重要的营养物质循环到土壤中。
埋葬甲虫的嗅觉环境让许多人感到厌恶,但却让我着迷,因为这是甲虫寻找食物、寻找配偶、与对手竞争的环境。
微生物在尸体上繁殖时产生的挥发性化学物质会随着动物的分解而改变。这种不断变化的分子束吸引了一系列不同种类的昆虫。
不同的混合气味代表了腐烂的特定阶段,暗示着昆虫专门研究新鲜尸体或腐烂末期的遗骸,或介于两者之间的东西。这些信息在刑事案件中可能有助于确定死后间隔时间。
埋葬甲虫巢穴的焦点是一只死去的小动物,一对雄性和雌性蜣螂移动到地下,为其幼仔准备食物。
生活在新鲜老鼠尸体上的微生物开始代谢蛋白质,并释放出随风飘荡的含硫副产品。这些气味吸引了寻找繁殖机会的飞行埋葬甲虫。
我与微生物学家保拉·菲尔布里克合作,开始了实地试验,以确定掩埋甲虫对哪些化学物质有反应,这样我们就能发现它们想要控制哪些化学物质。
我们测试了两种已知能吸引腐肉昆虫的化学物质——二甲基二硫醚和二甲基三硫醚。这些化学物质被模仿尸体的植物利用,以它们自己的方式——愚弄寻找腐肉的苍蝇和甲虫,让它们为腐烂的花朵授粉。
然而,当我们在一具新鲜的老鼠尸体旁尝试这些化合物作为补充时,自由飞行的埋葬虫却没有表现出多大兴趣。
我们最好的猜测是不准确的,一想到要随机测试与一具腐烂尸体有关的多种化学物质中的每一种,我们就不知所措。
我们没有玩化学猜谜游戏,而是决定采用另一种方法,看看甲虫能否向我们展示对它们来说什么是重要的。
我们Bayreuth大学的同事SandraSteiger和JohannesStkl使用了一种叫做气相色谱-质谱联用的技术,比较了一对轮颈N.虫尸体释放的挥发性分子和甲虫没有接触过的尸体释放的挥发性分子。
令人惊讶的是,有两种硫磺化合物——硫氰酸甲酯和硫代乙酸甲酯——由于甲虫在尸体上的劳动而减少了20多倍,而这两种化合物以前并不被认为是任何昆虫的重要线索。他们为什么要这么做,怎么做?
硫氰酸甲酯被证明是埋葬甲虫寻找尸体的绝佳线索。
当我们回到田野,把硫氰酸甲酯放在尸体旁时,超过90%的尸体是在第一个晚上通过埋葬甲虫发现的,而没有化学补充的新鲜尸体的发现率只有0%到20%。
硫氰酸甲酯似乎是甲虫寻找稀有的,新死亡的老鼠或鸟在森林某处脊椎动物捕食者或食腐动物未声称的天堂气味。
然而,一旦发现了尸体,常驻甲虫就面临着一个问题。提醒它们警惕的同样的气味也可能向竞争对手揭示它们的腐肉战利品。
埋葬虫在探测信息和对信息做出反应方面非常出色,但它们也能控制这些信息吗?
老鼠的尸体变成甲虫的食物是惊人的。埋葬尸体后,这对夫妇夜以继日地工作,去除毛发,把尸体围成一个球,把肛门分泌物涂在外露的皮肤上,一边绕着尸体走一边把腹部拖成锯齿形。
科学家们过去认为,这对埋尸甲虫可能会对尸体进行消毒,消除隐藏在森林地面下的尸体散发出气味的微生物。
虽然分泌物中确实含有抗菌剂,但它们也含有甲虫肠道中的微生物。其结果是形成了一个微生物群落,其中的微生物数量与未做好准备的尸体一样多,但比正常混合的微生物物种更少。
这一被控制的微生物群释放出的硫氰酸甲酯要少得多,但令人惊讶的是,却释放出大量的二甲基三硫——上述的化合物与腐烂的中期有关,在这个阶段,苍蝇幼虫相互竞争,使得埋葬甲虫的尸体毫无价值。
当我们把二甲基三硫放在新鲜老鼠尸体旁时,自由飞行的甲虫不太可能降落,显然是被一种气味吓到了,这种气味表明尸体腐烂得太厉害,不适合饲养埋葬甲虫。
一对常驻的甲虫通过两种方式使甲虫的竞争对手难以利用气味来发现它们的尸体:一是减少化学引诱物,二是增加化学威慑物来欺骗对手。
当我们从实验室中取出准备好的甲虫尸体并将它们埋在地里时,它们被发现的可能性要比未经过育种的甲虫准备的相同年龄的尸体小得多。当入侵者出现时,埋葬虫会战斗到死,但它们宁愿完全避免战斗。
动物对其微生物群的复杂适应通常与帮助宿主消化的肠道微生物或提供食物的培养微生物有关。
然而,对于像埋葬甲虫这样的资源专家来说,这是有意义的,因为它们不断地遇到外部微生物群,从而进化出类似的复杂程度。
微生物发出的气味是动物交流、社会互动、性选择、捕食者-猎物互动和植物-真菌共生的重要组成部分。
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