“很多人以为蜜蜂蜇刺只是本能，但我们的研究发现，工蜂其实是‘记忆高手’——它们能在肠道菌群协助下记住危险信号，甚至传递预警信息。”中国农业科学院蜜蜂研究所研究员刘永军告诉《中国科学报》，这项最新研究揭开了社会性昆虫认知奥秘的一角。

左为蜜蜂，右为其天敌胡蜂。中国农科院蜜蜂所供图

近日，中国农业科学院蜜蜂研究所资源昆虫保护创新团队联合中国科学院生态环境研究中心等单位在《自然—通讯》上发表了一项突破性研究，首次揭示肠道菌群通过调节多巴胺水平，影响西方蜜蜂工蜂在防御过程中形成的厌恶性学习与记忆能力。

这项研究不仅为理解蜜蜂社会行为提供了新视角，也为蜜蜂健康养殖和环境保护提供了潜在应用路径。

守卫蜂的“舍身”本能与“学习”能力

蜜蜂是自然界最重要的传粉昆虫之一，全球约1/3的农作物依赖蜜蜂授粉，其生存状态直接关系到农业生态安全和生物多样性。在蜂群社会中，工蜂的防御行为是维持群体稳定的关键。

在蜂巢入口，守卫蜂时刻警惕着胡蜂、蜘蛛等天敌。一旦发现威胁，它们会伸出螫针蜇刺入侵者，同时释放乙酸异戊酯等报警信息素召唤同伴。这种伸针反应（SER）是蜜蜂的终极防御手段，但因螫针连接内脏，工蜂在蜇刺后便会死亡。伸针反应的“自我牺牲”行为能有效保护蜂群，是蜜蜂社会性的重要体现。

蜜蜂伸针反应。中国农科院蜜蜂所供图

“这种‘自我牺牲’看似是固定本能，实则充满智慧。”论文共同第一作者、蜜蜂所博士生封王江解释道。防御行为不仅是一种本能，更与学习记忆密切相关。在自然界中，工蜂（尤其是巢门守卫蜂）会通过负面经历形成“厌恶性学习记忆”。例如，当工蜂在采蜜时被捕食者攻击，它们能将特定花朵气味或颜色与危险关联，未来避免访问类似区域，从而优化生存策略。

通过巴甫洛夫条件反射实验，该团队建立了行为范式：通过电击模拟威胁，可以诱发工蜂的伸针反应；随后训练工蜂将中性气味（如正己醇）与电击配对。若工蜂学会将气味视为危险信号，仅气味刺激就能触发伸针反应，这反映了其厌恶性学习记忆能力。这种能力帮助蜜蜂灵活调整防御行为，平衡个体与群体的生存利益。

“就像人类被热水烫过后会避开热水壶，蜜蜂被天敌攻击后，也能记住危险刺激的气味，未来主动规避。”封王江说，然而，蜜蜂的这种条件反射式的厌恶性记忆能力是如何形成的呢？

“我们这项研究的初衷融合了科学好奇与现实关切。”刘永军说，一方面，蜜蜂是社会行为研究的经典模型，其防御行为存在一个有趣矛盾：工蜂在蜇刺时表现出“舍身赴死”的刚性本能，却能通过学习记忆灵活调整攻击策略。这种可塑性背后的神经机制尚未明晰。

另一方面，近年来研究发现肠道菌群可通过“肠—脑轴”影响宿主行为（如小鼠的焦虑、人类的学习能力），但昆虫中相关证据匮乏。

刘永军注意到，遭遇农药或寄生虫的蜂群常同时出现菌群失调和行为异常，这或许能成为研究蜜蜂厌恶性记忆能力的突破口。“我们好奇蜜蜂的肠道菌群是否也会调控其防御性学习记忆，这既能揭示社会行为演化机制，又能为蜂群健康管理提供新思路。”刘永军说。

而且，“蜜蜂肠道菌群仅约10种核心菌，结构简单且易于操纵，是理想模型。”封王江比喻道，“就像用乐高积木拼装机器，我们能清晰追踪单一菌株如何通过代谢物远程调控大脑。”该团队从蜂肠道中分离出屎肠球菌和粪肠球菌，这两种肠道非核心菌能否成为蜜蜂的“记忆开关”？一场跨学科合作就此展开。

多巴胺串起无菌蜜蜂的“肠—脑对话”

为探究肠道菌群对蜜蜂防御行为的影响，该团队采用了行为学、代谢组学、微生物定殖和药理学干预等多层次技术协同攻关。

首先，必须排除原有菌群的干扰。无菌蜜蜂的培育就成了实验设计的核心环节，它在实验中扮演着“空白画布”的角色。这种特殊的蜜蜂群体为理解微生物与宿主行为关系提供了至关重要的对照组。

该团队通过行为学实验比较了正常蜜蜂与无菌蜜蜂的行为差异。结果出人意料：两组蜜蜂对电击的本能伸针反应无差别，但在气味—电击配对训练中，无菌蜜蜂的厌恶性学习记忆得分骤降30%。

“这说明肠道菌群不影响防御本能，但专门调控学习可塑性。”论文共同通讯作者、中国科学院生态环境研究中心研究员葛源分析道。进一步代谢组学检测发现，无菌蜜蜂的肠道、血淋巴和大脑中多巴胺水平普遍偏低。多巴胺作为古老神经递质，在蜜蜂中负责协调学习、记忆与奖赏行为，与人类系统高度相似。

团队发现，屎肠球菌和粪肠球菌含有酪氨酸脱羧酶基因，能将食物中的酪氨酸和左旋多巴转化为多巴胺。通过定殖实验，向无菌蜜蜂单独补充这两种菌后，其学习记忆能力显著恢复。

但意外的是，额外补充外源酪氨酸并未进一步增强效果。“这可能存在‘天花板效应’。”葛源推测，“肠球菌像先给大脑打好健康基础，后续营养补充只是锦上添花。”为验证多巴胺的关键作用，团队使用受体抑制剂阻断信号通路，蜜蜂的认知缺陷再次出现，证实了该机制的因果性。

研究历时三年，团队攻克了多项挑战：用3D打印技术研制SER检测设备，实现精准的行为记录；建立无菌蜜蜂模型，需在超净台中手工移植蜂蛹；甚至需检测单脑纳克级多巴胺，堪比“大海捞针”。

“多机构协作是关键。”刘永军强调。中科院生态环境中心提供生态学视角，蜜蜂所和中国农业大学贡献微生物技术，美国加州大学欧文分校协助神经行为学指导。“当发现菌群特异性调控蜜蜂的学习记忆时，所有团队成员倍感振奋——我们找到了微生物影响社会行为的新证据。”

为蜂群保护提供“益生菌方案”

这项成果将肠道菌群提升为调控蜜蜂社会行为的关键因素，为神经科学和生态学提供了新视角。在理论层面，它证实了“微生物—肠—脑轴”在昆虫中的保守性：即使是非核心肠道菌（如肠球菌），也能通过代谢物（如多巴胺）远程调控大脑高级功能（学习记忆）。“这挑战了传统上仅关注遗传或环境因素的行为理论，揭示了微生物与宿主共进化的深层联系。”刘永军说。

此外，“这项研究有望解决养蜂业痛点。”刘永军说，蜂群崩溃综合征（CCD）常伴随工蜂导航能力下降、防御迟钝等问题，据推测，菌群失调或是诱因之一。

首先，通过饲喂肠球菌益生菌，蜜蜂学习记忆能力增强后，可提升对病虫害的识别能力，更高效地躲避胡蜂等天敌。其次，不同职能工蜂（如守卫蜂与采集蜂）的菌群差异可用于行为调控，优化蜂群结构。未来可开发菌剂增强蜂群抗逆性，替代部分农药使用。

此外，蜜蜂行为与菌群状态可作为环境“晴雨表”。葛源指出，农药污染会导致菌群紊乱和学习能力下降，监测蜜蜂认知水平，能为生态健康提供早期预警。

蜜蜂的“肠—脑轴”机制也为人类脑疾病研究提供了新线索。例如，帕金森病患者多巴胺神经元退化，而本研究显示肠球菌能提升脑内多巴胺，进而改善宿主的认知能力。“蜜蜂模型简单高效，适合大规模筛选益生菌。”刘永军说，“未来或可从中发现改善神经退行性疾病的微生物疗法。”

目前，团队正深入解析菌群代谢物（如短链脂肪酸）如何影响宿主的神经可塑性，并计划在熊蜂、果蝇、小鼠等物种中验证机制普适性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67586-8