生命第59集:盲视的大脑基础

有些动物用母乳喂养幼崽。有些依靠后代自己照顾自己。但其他物种，比如黄蜂Philanthus也被称为欧洲狼蜂或蜜蜂杀手黄蜂，它们有一个更可怕的策略:它们麻痹一只蜜蜂，把它拖到巢穴里，在上面产卵。当它孵化后，黄蜂幼虫会吃掉尸体。我们已经知道黄蜂使用几种策略来保持食物新鲜，包括抑虫脂质和有益微生物的剂量，但现在，正如他向克里斯·史密斯解释的那样，埃哈德·斯特罗姆发现它们还使用了一种更巧妙的策略:熏蒸……

昆虫卵，实际上是欧洲狼的卵，用一种气体来对抗真菌。它们必须这样做，因为蜂狼会猎杀蜜蜂，并为它们的后代提供瘫痪的蜜蜂作为食物。他们把这些瘫痪的蜜蜂带到地下的巢穴，那里有潮湿温暖的小气候。因此，蜜蜂很快就会被真菌覆盖。我们之前报道过，蜂狼已经进化出了两种不同的机制:蜜蜂用脂类碳氢化合物进行防腐处理，这样真菌的生长速度就会慢一些;另一件事是，蜂狼与细菌共生，这些细菌被培养成触角，雌性将这些触角传递给幼虫，它们将这些细菌整合到茧中，细菌在茧中产生抗生素。但这两种机制不足以导致幼虫如此高的存活率，因此必须有第三种机制。实际上，当我们打开观察笼时，我们就会想起游泳池里的氯。所以我们开始问这种气味是从哪里来的，结果发现它实际上是由鸡蛋散发出来的。

克里斯:所以你能从这些蜜蜂身上闻到一些让人想起游泳池的味道，这些蜜蜂已经被黄蜂防腐了，作为未来幼虫的食物。那气味是从哪里来的呢?被防腐处理过的蜜蜂?

艾哈德-是从蛋里出来的。你可以把卵从蜜蜂身上取出来，你会发现它有气味。

克里斯:所以鸡蛋释放了一些东西，你可以闻到鸡蛋散发出来的气味，让人想起游泳池:氯，但不一定是氯。你认为那是用来保护蜜蜂尸体的吗?

艾哈德:是的。我们继续识别这种气体。我们发现它是一氧化氮，这种一氧化氮很容易氧化成二氧化氮，而二氧化氮闻起来像氯。

克里斯:二氧化氮对微生物有什么影响呢?它会杀死它们吗?

艾哈德:一氧化氮和二氧化氮都是自由基，它们会与生物分子发生反应，杀死真菌。

他们为什么不把黄蜂幼虫杀在卵里呢?还有，为什么它们不消灭有益的微生物群呢?这些微生物群是雌黄蜂从触角上擦去的，并在蜜蜂的尸体上受精的。

艾哈德:是的，这是整个故事中最令人费解的事情之一。我们并不知道卵子是如何被保护的。我们认为卵子中的胚胎会产生一氧化氮，这些一氧化氮可能会通过特殊的运输分子被运送到蛋壳中，然后被运送到外面，但它不能回到卵子中。所以也许它只是鸡蛋外面的一层防止这些氮氧化物回到鸡蛋里。另一个问题是，为什么由母狼带入血细胞的细菌不受影响，这也是未知的。我们可以推测，这些细菌已经进化出一种抵抗这些氮氧化物的能力，但我们还不知道。

克里斯-考虑到真菌的优势是如此之大，如果你没有被一氧化氮中毒，那么有这么多美味的蜜蜂食物可以吃，为什么真菌没有进化得更有弹性，就像你假设的那样，微生物群是由雌蜂添加到蜜蜂体内的，以及卵内生长的幼虫;为什么真菌没有产生自己的抗性?

艾哈德:嗯，如果真菌中存在抗性选择，它们肯定会进化出一种抵抗一氧化氮或二氧化氮的机制，但真菌方面并没有巨大的选择，因为在所有的孵化细胞中都会有不同的真菌。由于这种非专门化，就没有选择。共生细菌总是暴露在氮氧化物中，因此对它们会有很强的选择来产生抗性。当然胚胎也是如此。

克里斯-当幼虫在妊娠期发育时，它们会停止这种一氧化氮的过量分泌吗?

艾哈德:嗯，一个非常有趣的方面是，气体只在大约两个小时的短时间内产生，它在产卵后大约14小时开始产生，气体将产生两个小时，然后逐渐消失。所以似乎有一个时间点，这种气体浓度很高，在这段时间里，真菌会被杀死，然后气体会从孵化细胞中消失，所以孵化的幼虫就不会再受到气体的影响。

一个意大利团队正在将现代科学应用于过去，以便更好地理解生物学，并解决一个重要的考古谜题。都灵大学的Beatrice Demarchi采访了Chris Smith。

比阿特丽斯:我们的第一个问题是，我们想知道我们是否可以应用新的分子工具来研究无脊椎动物的钙化组织，比如贝壳。我们对这些生物的生化进化知之甚少。但与此同时，我们也有一个非常具体的考古问题，来自丹麦的一些同事:他们问我能否识别这种材料，这种外壳被用来制作一些叫做双扣的特殊装饰品。每个人都认为他们使用的贝壳是牡蛎，因为在那个时候的欧洲——我们说的是大约6000年前——有不同的文化和不同的制作饰品的方法，了解他们使用的材料可以让我们了解他们对世界的看法。

克里斯-你不能从别的地方得到这个信息吗?上下文等等不会告诉你吗?

比阿特丽斯:实际上有趣的是，背景让我们误入歧途，因为这是一个沿海地区，一个牡蛎壳的贝壳堆。所以我们都认为这是一种合理的材料来制作这些装饰品，当然，事实并非如此。形态学再也不能帮助我们了因为这些装饰品——它们真的非常非常小，它们经过了大量的加工，在这种情况下，它们被加工得像珍珠一样。所有的形态学特征都消失了。

克里斯-那你是怎么解决的?你有一些东西，没有足够的形态学来告诉你它来自哪种壳，你只知道它来自某种软体动物或其他东西。那你是怎么推进的?

比阿特丽斯-没错。我们只知道它是壳，而且是在我们用显微镜观察它之后。我们使用了一系列不同的技术，可以大致地告诉我们这些贝壳是海洋的还是淡水的，这很重要。同样的技术还告诉我们，这些贝壳很可能是在当地收集的。然后我们用电子显微镜观察微观结构。最后，我们必须开发一种基于分子分析的全新策略:我们研究蛋白质。壳中的蛋白质非常特殊;它们可以存活数千年甚至数百万年，但我们对这些壳的序列知之甚少。

克里斯-你说的序列，是指蛋白质的组成成分吗，是指蛋白质的组成部分，是指蛋白质中的氨基酸，以及生物体最初用来组装蛋白质的基因序列吗?因为很明显，如果我们知道蛋白质是由什么组成的，我们就对生物体有了一些了解，因为我们几乎可以从基因上识别出来。

比阿特丽斯-没错。通过观察这些序列，我们希望获得一些遗传信息。问题是我们对软体动物壳的DNA序列所知甚少。我们只有大约15到20个软体动物壳的基因组;这个门大约有10万种。

克里斯-我正想问你呢!因为是的，你可以把蛋白质取出来，是的，你可以潜在地-假设它没有被严重降解-计算出其中的氨基酸序列;但是如果没有一个数据库，一个包含所有不同软体动物、贝类和有壳生物中所有这些蛋白质的参考数据库，你就不会走得更远，不是吗?你是怎么得到这个数据库的?

比阿特丽斯-没错。事实上，我们被它困了好几年。然后我们非常幸运，因为一个淡水软体动物的转录组被释放了，突然我们的序列就有意义了。经过几年没有任何参考的序列，我们可以在某种支架上绘制它们。很明显，我们的主要蛋白质是淡水贻贝类的壳蛋白，所以我们可以继续这项工作。但我们做的另一件事是建立我们自己的参考数据集。所以我们研究了来自同一地点的现代和考古贝壳，我们必须为此开发一些奇特的生物信息学方法。

克里斯:在科学中，机缘巧合是一件美妙的事情，不是吗?这对考古问题有什么启示?因为一旦你在干草堆里找到了这根针，你就知道了，对，这是一种淡水贻贝，这会让你前进吗?

比阿特丽斯:嗯，我们无法在地理上确定它们的位置，但最大的惊喜是这些淡水软体动物，它们被发现孤独地生活在这个由数百万海洋贝壳组成的贝壳堆里。所以从这个意义上说，我们是赢家，突然间，我们对考古问题有了一个全新的视角。因为总的来说，我们的期望是，要制作出有声望的物品，你需要有声望的材料，在中欧的遗址，这些双按钮非常普遍，人们使用……我们以为人们会想要使用外来的贝壳，比如来自地中海的海洋贝壳，但是我们的丹麦海岸遗址恰恰相反，我们有可能来自当地的淡水贝壳。所以这告诉我们，无论我们在欧洲的哪个地方，人们对如何制作这些双扣都有一个非常精确的想法，他们并不真正关心这种材料是否具有异国情调。他们关心的是这种材料的实际性能。珍珠母贝是一种很漂亮的材料，它很硬，很耐磨，但也很容易加工。所以这给了我们一个全新的视角关于人们是如何看待周围环境中的材料的。