美德科学家提出生物化学交流新观点

2011-2-02 11:11 来源: 科技日报
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  生物拥有多种多样的信息交流途径,最古老也最广泛的就是化学交流。从动物、植物到细菌和真菌,它们发出或接收化学信号作为彼此之间传递信息的方式。生物如何在进化中形成了这种利用化学物质进行交流的能力,仍然是个谜。据美国物理学家组织网报道,最近一个美德合作研究小组认为,生物的化学信号起源于非有意的化学信息,为化学交流的进化提供了多个起点。研究发表在英国《皇家学会学报B》(Proceedings of the Royal Society B)上。

  研究人员解释说,哺乳动物的排泄物、昆虫的外表皮、蜘蛛丝、植物花蜜等都含有化学物质,其他生物通过探测其中的气味来获得信息。比如,红色收获蚁体表有不同的化学气味,能告诉同伴它们是觅食者还是巢穴维修工;狼的粪便中也含有性激素,以表示它们在狼群中的相对地位。

  研究人员认为,生物最初产生这些化学物质并非出于交流目的,而是无意的行为,而化学物质被其他生物探测到后,通过多种不同的途径演变成了信号。如果接收化学物质的生物产生某种化学反应,而这种反应对发出这种化学物质的生物有利,那么这种化学物质就具备了交流的功能,并在进化中得到加强。这种强化可以表现为发出更多数量的化学物质、增加化学物质中的有效成分,或将信息变得更明显。

  “以前关于化学信号的研究大多集中于性信息素及其多样性。由于物种形成的多样化,性信息素也种类繁多。但化学信号普遍存在且数量巨大,或许还有其他或更多的原因。我们认为信号起源于信息。”美国伊利诺斯州立大学的桑德拉·斯泰戈尔说,“这种观点并不奇怪,只是未被人们正确认识。我们的研究显示,很多生物都会释放废弃物和非交流目的的化学物质。这些化学物质无意中携带了信息,由此为化学交流的进化提供了多个起点。如何增强交流功能有多种选择途径,这就可能形成多种截然不同的进化轨道。”

  生物拥有大量气味受体,如啮齿类动物能察觉到几千甚至上万种气味分子。研究人员由此推测,化学信号在进化中可能经过了精心剪辑,不仅能配合那些接收者的敏感性,还能躲避捕食者。

  斯泰戈尔说,化学信号起源于信息的观点,尚未得到深入研究。还需要更多种系遗传研究方面的证据支持。种系遗传研究可以揭示出进化的频率,即生物需要多久才发展出不同技术来提高化学沟通的效率(比如用了多久加入了有效成分,用了多久只增加了化学物质数量等)。化学物质既有沟通交流的作用,也有非交流的功能(如昆虫外表皮的化学物质不仅能帮它们保持干燥、抵御细菌,还常常作为性信息素),这些化学物质的多种功能会互相冲突,还是和谐一致?除此之外,在进化中对化学物质产生作用的选择因素很多,研究还需要对这些因素进行评价。