独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之]（以下简称“AIST”）生物功能工程研究部[研究主任岩仓雅宏]生物共生相互作用研究小组研究员久挂麻也子、研究小组组长武真深津等人像蜜蜂和蚂蚁一样具有社会性。社交蚜虫”士兵蚜虫自我牺牲地释放出大量的体液，不仅通过凝固来闭合植物组织中的伤口，而且兵蚜会聚集在闭合的伤口周围，破坏植物组织口针进行刺激诱导再生和愈合。
所谓“伤口愈合过程”不仅广泛存在于包括人类在内的脊椎动物中，而且也广泛存在于昆虫等无脊椎动物中。然而，昆虫通过凝结自己的体液形成痂来治疗完全不同种类的植物的伤口，甚至促进植物组织的愈合，这是前所未有的。这一发现不仅从通过外部因素控制植物组织生长和增殖的角度来看具有根本性的生物学意义，而且还为未来控制植物生长和发育的技术的新发展带来了希望。
该研究成果发表在英国学术期刊《英国皇家学会会刊 B”网站（英国皇家学会会议记录）。
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照片：用自我牺牲的体液修复植物组织的伤口 蚜虫的士兵幼虫（臀部流出白色液体，体型缩小至1/3左右）。
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各种各样的生物通过各种相互作用而进化，产生了我们今天看到的先进的生物功能。在地球上现有的生物多样性中发现的这些独特而巧妙的生物功能当然是基础科学探索的主题。生理活性物质和医学先导化合物在某些情况下，这可能会创造重大的应用价值和经济价值。尽管生物多样性的这一方面通常被称为“生物遗传资源”，但人类迄今为止探索的区域仅是实际广阔的生物多样性的一小部分，留下了广阔的未开发领域。
我们是共生、寄生、操作，我们一直在进行研究和开发，主要针对涉及生物之间高级相互作用（例如社交性）的生物现象。特别是，昆虫等生物体会改变植物等其他生物体的形态，以适应自身的便利。表单操作”不仅在现象学上有趣，而且有潜力发展成通过外部因素控制生物体形态和发育的技术，但目前在阐明这一现象方面进展甚微。
Monzenis蚜虫（图1左）生长在一棵名为Isnoki的树上，直径约8厘米虫胆（也称为目标，如图 1 所示）。瘿是蚜虫形成的一种结构，可以扩大、变形和生长植物组织。内部是中空的，许多蚜虫靠从瘿内壁吸取植物汁液而生存。对于蚜虫来说，虫瘿是优质食物的来源，是提供稳定环境的封闭空间，是防止天敌入侵的防护墙，是蚜虫生存所必需的一种“巢穴”。然而，与蜜蜂或蚂蚁的巢不同，蚜虫的瘿是由活的植物组织组成的。
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图 1：（左）成年蚜虫（第 5 龄；上）和兵幼虫（第 1 龄；下）。
（右）修复后立即发现虫瘿。红色箭头表示被排出的血淋巴堵塞的孔，黄色箭头表示修复后留在虫瘿外的士兵幼虫。 |
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| 图2：士兵幼虫通过释放大量白色液体来修复植物上的伤口。 |
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这种蚜虫还有多种天敌。例如，早春，虫瘿还软的时候，某种蛾类的幼虫就会咬穿虫瘿，打出一个洞，吃掉虫瘿组织和里面的蚜虫。众所周知，许多社会蚜虫通过其士兵幼虫的攻击行为来击退这些天敌（参考：
2004 年 7 月 27 日 AIST 新闻稿攻击士兵蚜虫的毒蛋白酶)，2003年报道了日本蚜虫的一种全新的防御行为，称为“自我牺牲胆修复”。早春，当虫瘿上有一个洞时，许多士兵幼虫会自我牺牲地从洞周围的尾尖释放出大量白色体液。身形缩小到1/3左右的舍己士兵，用双腿搅动自己的体液，摊开，涂抹在胆伤处。体液很快变得粘稠并凝固。随着大批士兵陆续自我牺牲释放体液，一个小时内直径1至2毫米的洞就可以被凝固的体液完全覆盖。
然而，当时这项研究仅限于描述自我牺牲的虫瘿修复现象，而诸如被体液凝固阻塞的虫瘿会发生什么以及虫瘿修复是否真的对蚜虫的生存有效等生物学上的重要点尚不清楚。
经过几年详细的实地研究和实验分析，为这些问题提供答案，我们发现了前所未有的动物治愈植物伤口的现象，如图3所示。
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图3：蚜虫引起的植物组织修复再生现象示意图 |
~自我牺牲的瘿修复有助于蚜虫生存~
春天，当我们在田间蚜虫虫瘿中钻一个直径约2毫米的孔时，不到一个小时，孔就被几乎所有虫瘿中的士兵凝固的体液完全覆盖了。一个月后检查时，大约 80% 的虫瘿仍然活着，并且已经显着生长。另一方面，通过用纸巾吸干士兵的体液大约两个小时，他们能够产生抑制修复并留下开放孔的瘿。一个月后我检查它们时，所有的虫瘿都死了。然而，当用粘合剂人工封闭虫瘿中抑制修复的孔洞时，大约90%的虫瘿在一个月后仍然存活。这些结果表明，士兵幼虫堵塞瘿孔的行为对于蚜虫田间群体的生存起着重要作用。
~士兵体液修复肠道后植物组织再生~
实验钻出的胆孔很快就被士兵幼虫的凝固体液充满，但这只是临时措施。随着胆汁的生长，只是凝固的体液的堵塞物很可能会松动。当我们在野外用虫瘿进行跟踪调查，看看用士兵的体液修复的孔洞发生了什么情况时，我们发现孔洞周围的植物组织在修复后两周开始明显生长，到修复后一个月，孔洞完全被植物组织覆盖（图4）。换句话说，人们发现，士兵幼虫凝固的血淋巴起到“痂”的作用，迅速但暂时地封闭了瘿中的孔，然后瘿壁（植物组织）就会再生。
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图4：士兵幼虫的凝固血淋巴修复瘿后发生的植物组织的再生和愈合过程。
S表示蚜虫凝固的血淋巴，*表示在瘿壁上人工钻孔的面积，箭头表示增殖和凸起的植物组织。 |
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～士兵幼虫在植物组织再生中发挥着重要作用～
当我们敲开正在再生的虫瘿时，我们观察到大量的士兵幼虫聚集在瘿壁孔内的区域（图5）。
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图5：（左）用凝固体液修复后，虫瘿内伤口处的水兵幼虫聚集（许多白色圆形颗粒是水兵幼虫）。
（右）在胆壁植物组织再生期间，受伤区域（白色）的士兵幼虫密度明显高于完整区域（黑色）。 |
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他们到底在做什么？为了研究这一点，当我们用杀虫剂处理再生的虫瘿以杀死里面的所有蚜虫时，虫瘿壁上植物组织的再生受到抑制（图6）。也就是说，它们的存在（可能主要是士兵幼虫）被发现对于植物组织的再生是必要的。即使在瘿上的洞被凝固的体液堵塞后，里面的士兵幼虫仍然会继续聚集在伤口周围，大概是通过毒刺的刺激（可能是通过注射类似于植物激素的化学物质）促进植物组织的生长和再生。
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图6：（左）修复30天后，瘿内壁的植物组织完全再生愈合。
（右）在修复过程中通过杀虫剂处理去除瘿内的蚜虫时，植物组织的再生和愈合受到抑制。 |
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～昆虫修复植物组织再生现象的发现～
从上述结果可以认为，当蚜虫的士兵幼虫在既是巢穴又是食物来源的瘿上打洞时，它们会自我牺牲地释放出大量的体液，不仅通过凝固来闭合植物组织中的伤口，而且聚集在闭合的伤口周围，用口针刺激它，从而诱导植物组织的再生和愈合。
所谓的“伤口愈合过程”，即伤口通过体液凝固形成“痂”而迅速闭合并稳定，然后伤口通过周围组织的代偿性增殖而缓慢完全愈合，不仅在包括人类在内的脊椎动物中广泛观察到，而且在昆虫等无脊椎动物中也广泛观察到，并且是在多细胞生物的生存中发挥重要作用的普遍机制。然而，昆虫能够通过体液凝固结痂来封闭植物这种完全不同的生物体的伤口，甚至促进植物组织的愈合，这是前所未有的现象。从外部因素控制植物组织的生长和增殖的角度来看，这也是一个有趣的发现。
阐明昆虫修复植物组织的机制可能会促进未来植物发育工程和再生控制新技术的发展，我们计划从以下几点进行研究和开发。
- 我们将探索诱导植物组织再生愈合的昆虫机制，特别关注植物激素等生理活性物质。
- 我们将阐明士兵幼虫的血淋巴快速闭合植物伤口的分子机制，重点关注血淋巴凝固系统的参与。
- 最后，我们将阐明昆虫操纵植物形态的基础，例如虫瘿的形成和再生愈合的诱导，并考虑开发利用这种机制控制植物组织生长和发育的技术。