elife:欧洲狼蜂释放气体替代冰箱或冰柜,保存食物防止发霉

众所周知,储存在温暖潮湿条件下的食物很快就会发霉,不能食用,甚至有毒。

为了防止这种情况,我们使用冰箱和冰柜以及其他各种保存方法。

动物没有这样的硬件设备,因此需要寻找其他方法来保存食物。

欧洲狼蜂(Philanthus triangulum)是一种独居的黄蜂,雌性猎食蜜蜂为食。通常一只雌蜂会把多达5只蜜蜂带到它的巢室里,作为幼狼蜂的食物。

母狼蜂喜欢在阳光充足和多沙的地方筑巢,并且巢穴很深,因此巢室里温暖潮湿。这些条件有利于狼蜂幼虫的发育,然而,也促进霉菌的生长。事实上,在这样的条件下,储存在实验室里的蜜蜂一到三天内就被霉菌过度繁殖。

令人惊讶的是,在蜂狼的巢穴中,蜜蜂的发霉风险要低得多,因此大多数蜂狼幼虫能够在结茧之前完成8到10天的发育。

图片来自论 ,参考资料3

图:不同条件下的蜜蜂 (A)狼蜂卵中(B)人工模拟育婴室,蜜蜂已被形成分生孢子的霉菌严重地覆盖。

这是为什么呢?

科研人员发现,狼蜂已经进化一种惊人的机制,确保幼虫的食物不会发霉。狼蜂卵可释放出一种气体有效杀死霉菌。化学分析揭示了令人惊讶的结果,该气体为一氧化氮(NO)。蜂卵产生大量的一氧化氮,并将其释放到空气中,与大气中的氧气反应生成二氧化氮(NO2)。母巢细胞中NO2的测定浓度既超过NO和NO2职业接触限值,也超过欧盟城市最高允许值。

NO和NO2都具有很强的反应性和很强的氧化作用。因此,高浓度的气体杀死霉菌也就不足为奇了。但是,狼蜂卵如何合成如此多的NO?科学家们推测,NO在从细菌到哺乳动物的几乎所有生物体内的许多生化过程中都扮演着极其重要的角色,这是这一机制演变的重要前提。在低剂量条件下,由于其高扩散和高反应活性,没有作为信号分子的功能,例如,参与调节血压和发育过程。较高的浓度下,常被许多动物用作杀死病原体的免疫反应。虽然狼蜂卵产生大量的NO,但与其他生物体一样,它们使用的是同样的酶,即NO合成酶。研究表明,在狼蜂中负责的NO合成酶基因没有任何特殊的特征。然而,研究人员发现该基因在翻译成蛋白质的过程中发生了改变---由于所谓的选择性剪接,这种酶在狼蜂卵中缺乏一个可能负责调控的片段,导致了酶活性的显著增加---这可能是导致狼蜂卵中NO合成率异常高的原因。

利用反应性气体来控制食物供应上的霉菌,大大提高了狼蜂后代的存活率,是一项重要的进化发明。这种针对微生物的新型防御机制是一个极好的例子,说明了在进化过程中,现有的过程是如何被修改的,从而产生了全新的功能。NO作为对抗霉菌真菌的关键防御成分的发现,增加了天然抗菌策略的范围,并为我们对这种生物学上重要分子的理解增加了一个令人惊讶和有趣的方面。

狼蜂卵防御策略中最令人惊奇的方面是,这些卵显然能够在它们自己产生的剧毒环境中存活下来。蜂卵所部署的机制是当前调查的主题。这一结果不仅对基础研究很有趣,而且对人类医学的潜在应用也很有意义。有害的NO过量生产也可能是某些疾病或急性感染的结果。蜂狼卵保护自身免受一氧化氮侵害的机制可能有助于找到新的治疗方法。

参考资料:

1. Beewolves use a gas to preserve food

2. European beewolf eggs produce nitric oxide which prevents the larvae's food from getting moldy

3. Nitric oxide radicals are emitted by wasp eggs to kill mold fungi

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