南瓜蜜蜂因农业集约化而蓬勃发展

虽然全球许多物种的传粉媒介数量急剧下降，但一种蜜蜂物种正在以其快速的人口扩张而炸毁地图。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 1，000 年来北美各地这些作物种植的大量增加。

宾夕法尼亚州立大学领导的一项新研究发现，南瓜蜂(Eucera pruinosa)的进化是为了应对集约化的农业 - 即Curcurbita属的南瓜。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，首次证明了农业作为作用于野生昆虫传粉媒介的进化力量的作用，并可能对粮食安全产生影响。

“当我们想到昆虫受益于并适应广泛的农业时，我们往往会想到某些种类的飞蛾，苍蝇和甲虫等害虫，”Lorenzo L. Langstroth早期职业教授兼昆虫学副教授Margarita López-Uribe说。“但农业集约化对有益传粉媒介进化的影响知之甚少。我们发现农业促进了这种南瓜蜜蜂种群规模的增加，其他昆虫传粉者也可能如此。

López-Uribe指出，这项研究是第一个确定昆虫传粉媒介响应人类农业实践的适应性过程的研究。她说，这项研究表明，北美的人类农业对一种昆虫的进化历史产生了深远的影响，这种昆虫是南瓜作物的重要传粉者。

“授粉是一个如此重要的过程，会影响我们吃的大部分食物。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媒介，是确保我们维持粮食安全的关键，“美国国家科学基金会项目主任Sam Scheiner说。“这项研究强调了驯化植物如何对这些植物授粉的生物产生重要的间接影响。

从历史上看，南瓜蜂(Eucera pruinosa)的主要花粉来源是野生水牛葫芦(Curcurbita foetidissima)，这是一种生长在墨西哥和美国西南部沙漠中的棒球大小的南瓜。作为包括玉米和豆类在内的“三姐妹”之一，南瓜是美洲土著人民的重要作物，大约5年前，东部林地的土著人民开始驯化C. foetidissima的亲戚，称为C. pepo。由此产生的作物(包括南瓜，南瓜和葫芦)的广泛种植开始于大约000年前，并在大约3年前随着玉米被引入北美农业系统而得到加强。

“通过在北美各地种植南瓜，人类为南瓜蜂创造了栖息地，这使得它的数量爆炸式增长，”洛佩斯-乌里韦说。“今天，南瓜蜂遍布美国和加拿大东南部 - 远远超出了其原始食物来源的范围。

为了研究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，检查了其遗传结构 - 或蜜蜂各种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，遗传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颖的算法来估计蜜蜂的迁移和有效种群规模 - 或繁殖种群规模 - 跨种群。

研究人员发现，蜜蜂从沙漠中的野生寄主植物过渡到温带农业栖息地与选择性扫描有关，导致基因组某些部分的遗传多样性大幅减少。

“蜜蜂基因组的近20%似乎与这些扫描有关，”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 - 或者来自环境的化学信号转化为可以被生物体解释的神经信号。就南瓜蜂而言，化学感觉是指其解释花朵产生的气味化合物的能力。

“驯化的葫芦植物产生的花卉混合物比野生葫芦植物更简单，”López-Uribe说。“E. pruinosa很可能适应了农业栖息地的新感官环境，这使它能够扩大其范围并显着增加其种群规模。