印第安纳大学布卢明顿分校的一项新研究探讨了为什么丝绒蚁的蜇刺是动物王国中最痛苦的之一，并提供了捕食者与猎物之间进化军备竞赛的迷人见解——同时提供了可能有助于疼痛相关医学研究的洞见。
猩红丝绒蚁实际上是一种黄蜂，其毒液的蜇刺被描述为爆炸性的，就像“从油炸锅中溅到你整只手上的热油”。尽管这种蜇刺极其疼痛，但毒性并不强，这表明其主要功能是作为一种威慑手段而非致死工具。该昆虫的蜇刺与其醒目的红黑相间颜色一起，向捕食者发出警告，并成为其强大防御机制的持久象征。
这项研究最近发表在《当代生物学》杂志上，作者包括吉尔神经科学研究所Tracey实验室的助理科学家Lydia Borjon、吉尔神经科学研究所Hohmann实验室的博士后研究员Luana Assis Ferreira、艺术与科学学院化学系的高级科学家Jonathan Trinidad、心理与脑科学系教授及Linda和Jack Gill神经科学讲座教授Andrea Hohmann、2024届人类生物学学士Sunčica Šašić，以及艺术与科学学院生物系教授及Linda和Jack Gill神经科学讲座教授Dan Tracey。
为了了解其毒液的作用机制，IU的科学家们转向了常见的果蝇（Drosophila melanogaster），这是研究生物过程的常用模型生物。
研究人员专注于毒液如何与负责感知疼痛的神经细胞相互作用。这些细胞被称为“伤害感受器”，对极端高温或尖锐压力等潜在有害刺激作出反应。在果蝇幼虫中，一组特定的疼痛感知神经元对丝绒蚁毒液表现出强烈的反应，即使是在极低浓度下也是如此。
研究团队确定了一种关键的毒液成分——一种名为Do6a的肽，它激活了这些伤害感受器。肽是由氨基酸短链组成的，而Do6a这种特定的肽触发了昆虫中的疼痛感知离子通道。这种离子运动对多种生理过程至关重要，包括神经冲动传导、肌肉收缩和维持细胞的静息电位。
值得注意的是，果蝇中的靶向离子通道称为“Pickpocket/Balboa”（Ppk/Bba），与脊椎动物（包括哺乳动物和人类）中存在的酸敏感离子通道（ASICs）非常相似，突显了不同生物处理疼痛刺激的进化联系。
“我们的研究结果表明，丝绒蚁针对进化距离较远的动物（如哺乳动物和鸟类）以及无脊椎动物（如其他昆虫）的疼痛感知系统，但它们通过不同的机制实现这一点，”Lydia Borjon说。“我们原本预期最简单的解决方案是毒液通过昆虫和小鼠中的相关受体起作用，但我们惊讶地发现事实并非如此。”
在果蝇中，Do6a肽高度特化且有效，而在哺乳动物中，毒液的其他成分——效力较低且更为广泛的肽——引发了疼痛反应。
“Do6a不仅是昆虫疼痛感知神经元的强大激活剂，而且是毒液中最丰富的肽。这表明防御其他昆虫在毒液成分进化中是一个重要因素，”Borjon补充道。
这促使研究人员测试毒液对另一种昆虫的有效性。他们观察了螳螂被蜇后的反应。螳螂表现出明显的回避行为，进一步证明了毒液作为昆虫世界中强大威慑工具的作用。
“这项研究强调了进化适应的精确性，”Tracey说。“丝绒蚁已经优化了其毒液，以利用特定的分子靶标，从而最大化其生存优势。令人惊叹的是，毒液进化到可以精确地针对脊椎动物和无脊椎动物的疼痛感知系统。”
研究人员使用先进的成像技术观察了果蝇幼虫的神经细胞对毒液的反应，并进行了基因实验以确认Ppk/Bba离子通道的作用。当这些通道被移除或失活时，神经细胞停止了对毒液的反应，证明这些通道对于毒液效果至关重要。
当涉及到脊椎动物时，研究人员在小鼠身上测试了毒液。他们发现毒液中的某些肽导致小鼠表现出疼痛相关的行为，如舔舐、抽搐或抖动注射部位的爪子。然而，对昆虫极其有效的Do6a肽对小鼠却没有明显的效果，突显了毒液的物种特异性适应。
“探索丝绒蚁毒液对不同物种的影响，为疼痛通路提供了宝贵的见解，具有推进医学研究的潜力，”Luana de Assis Ferreira说。“例如，这项研究强调了特定离子通道在触发疼痛中的作用。这种知识可能有一天会帮助科学家开发新的止痛药或慢性疼痛治疗方法，通过靶向人类中的类似通路。”
虽然丝绒蚁的毒液是进化的杰作，但其更广泛的影响同样引人注目。“这项研究为探索其他动物毒液的工作原理提供了一个框架，尤其是那些针对疼痛通路的毒液。毒液是生物活性化合物的宝库，研究它们常常会带来药理学和医学的突破，”Andrea Hohmann说。
“这项研究让我们更深刻地认识到自然的复杂性和自然选择的力量，即丝绒蚁的蜇刺是一种精心磨练的防御机制，确保其在一个充满潜在捕食者的危险世界中生存，”Tracey说。“随着这些发现，我们离理解甚至利用它的力量又近了一步。”
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