大学公园，宾夕法尼亚州当世界范围内许多物种的传粉者数量急剧下降时，有一种蜜蜂正随着种群的快速扩张而爆炸。这种昆虫成功的关键是什么?它对南瓜、西葫芦和其他南瓜的热情，以及过去1000年来北美地区对这些作物的大规模种植。

今天(4月3日)发表在《美国国家科学院院刊》上的一项由宾夕法尼亚州立大学领导的新研究发现，壁蜂(Eucera pruinosa)已经进化出了对强化农业的反应——即葫芦属的壁蜂。这项研究首次证明了农业作为一种作用于野生昆虫传粉者的进化力量的作用，并可能对粮食安全产生影响。

当世界范围内许多物种的传粉者数量急剧下降时，有一种蜜蜂正以其快速的种群扩张而炸开地图。这种昆虫成功的关键是什么?它对南瓜、西葫芦和其他南瓜的热情，以及过去1000年来北美地区对这些作物的大规模种植。来源:宾夕法尼亚州立大学。

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Lorenzo L. Langstroth早期职业教授和昆虫学副教授Margarita López-Uribe说:“当我们想到昆虫受益于和适应广泛的农业时，我们往往会想到某些种类的蛾子、苍蝇和甲虫等害虫。”“但是，人们对农业集约化对有益传粉者进化的影响知之甚少。我们发现，农业促进了这种壁蜂种群规模的增加，这可能也是其他昆虫传粉者的情况。”

López-Uribe指出，这项研究首次确定了昆虫传粉者对人类农业实践的适应过程。她说，这项研究表明，北美的人类农业对一种昆虫的进化史产生了深远的影响，这种昆虫是南瓜作物的重要传粉者。

“授粉是一个非常重要的过程，影响着我们吃的很多食物。了解人类如何通过农业、城市化和其他方式影响这一过程和传粉者，是确保我们保持粮食安全的关键，”美国国家科学基金会的项目主任Sam Scheiner说，该基金会部分资助了这项工作。

“这项研究强调了驯化植物如何对为这些植物授粉的生物体产生重要的间接影响。”

历史上，南瓜蜂(Eucera pruinosa)花粉的主要来源是野生水牛葫芦(Curcurbita foetidissima)，一种棒球大小的南瓜，生长在墨西哥和美国西南部的沙漠中。作为与玉米和豆类并列的“三姐妹”之一，南瓜是美洲土著居民的重要作物，大约在5000年前，东部林地的土著居民开始驯化C. foetidissima的近亲，称为C. pepo。随之而来的包括南瓜、南瓜和葫芦在内的作物的广泛种植开始于大约3000年前，并在大约1000年前随着玉米引入北美农业系统而得到加强。

蜜蜂在南瓜花上

 
为了调查E. pruinosa蜜蜂的进化以应对Curcurbita农业的集约化，研究小组对蜜蜂的基因组进行了测序，检查了它的遗传结构——或蜜蜂不同种群内部和之间遗传多样性的数量和分布——并寻找适应的特征。图源:Margarita Lopez-Uribe版权所有。

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“通过在北美各地种植南瓜，人类为壁蜂创造了栖息地，这使得其数量激增，”López-Uribe说。“今天，壁蜂遍布美国和加拿大东南部，远远超出了它最初的食物来源范围。”

为了调查E. pruinosa蜜蜂的进化以应对Curcurbita农业的集约化，研究小组对蜜蜂的基因组进行了测序，检查了它的遗传结构——或蜜蜂不同种群内部和之间遗传多样性的数量和分布——并寻找适应的特征。López-Uribe解释说，基因多样性的减少可能表明“选择性扫描”——或者新的有益突变频率增加并变得固定的过程。

接下来，该团队开发了一种新的算法来估计蜜蜂的迁移和有效种群大小——或繁殖种群大小——在种群之间。

研究人员发现，蜜蜂从沙漠中的野生寄主植物向温带农业栖息地的转变与选择性扫扫有关，这导致基因组某些部分的遗传多样性大幅减少。

“近20%的蜜蜂基因组似乎与这些扫荡有关，”López-Uribe说。

与这些选择性扫描特别相关的是与化学感觉相关的基因的变化——或将环境中的化学信号转化为可以被有机体解释的神经信号。以壁蜂为例，化学感觉是指它能够解释花朵产生的气味化合物。

“驯化的Curcurbita植物生产的花卉混合物比野生Curcurbita植物更简单，”López-Uribe说。“很可能是E. pruinosa适应了农业栖息地的一种新的感官环境，这使它能够扩大其活动范围并显著增加其种群规模。”

该论文的其他作者包括俄勒冈大学博士后学者Nathaniel Pope;Avehi Singh，宾夕法尼亚州立大学生态学研究生;犹他州立大学生物学副教授Karen Kapheim;以及美国农业部蜜蜂研究实验室的计算生物学家安娜·蔡尔德斯和昆虫学家杰伊·埃文斯。

这项研究得到了美国国家科学基金会、美国农业部国家食品和农业研究所、美国农业部农业研究局和燕尾基因组公司的支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。