摘要：在接下来的日子里，你会感受到酒精从喉咙烧入胃部，甚至可能昏迷。你的肝脏会像机器般疯狂运转，试图分解这些酒精，而乙醛（酒精代谢的中间产物）却在你的体内积累，像“毒药”一样侵蚀着你的器官。
想象一下，如果让你在接下来的七天里不吃任何固体食物，也没有其他饮料可供选择，只有一种高达80%浓度的酒精溶液陪伴着你，你会有怎样的变化？
在接下来的日子里，你会感受到酒精从喉咙烧入胃部，甚至可能昏迷。你的肝脏会像机器般疯狂运转，试图分解这些酒精，而乙醛（酒精代谢的中间产物）却在你的体内积累，像“毒药”一样侵蚀着你的器官。
仅仅一天，你可能已经开始呕吐、头晕、神志不清。到了第二天，你的肝脏功能可能已经严重受损。一个星期？不必想象，因为你很可能早已倒下。
听上去像是一场可怕的极限挑战，但在昆虫世界中，东方胡蜂（Vespa orientalis）竟然以一种超乎想象的方式完成了这项“实验”。相关的研究成果于2024年9月发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
东方胡蜂（Vespa orientalis），又称东方大黄蜂，是膜翅目胡蜂科的一种昆虫。其体长约14-18毫米，体色主要为棕黄色，腹部具有明显的黄色条纹。
东方胡蜂 （图片来源：inaturalist）
索菲亚·布切布蒂(Sofia Bouchebti)是一位动物行为生态学家，多年来专注于昆虫与环境压力的适应关系。她的研究始于一次田野考察，当时，她观察到东方胡蜂对腐烂水果和人类遗弃的酒精饮料表现出异常的兴趣。“它们似乎不仅能承受这些环境，还能从中获益，”索菲亚回忆道，“这是非常不同寻常的。”
昆虫对水果的兴趣 （图片来源：Eran Levin）
通常，大部分动物只会摄入低浓度的乙醇。酒精热量高，每克7卡路里，比糖的4卡路里高近一倍，对身体也有毒性，摄入过量可能会引发神经系统紊乱甚至死亡。世界卫生组织（WHO）明确指出“没有安全的酒精摄入水平”。
为了弄清东方胡蜂到底有多能喝酒，索菲亚及其团队设计了一个实验。他们准备了2000余只东方胡蜂和欧洲蜜蜂，在实验室中为它们准备了含有不同浓度乙醇的糖水溶液，糖水溶液是通过将乙醇溶液按一定比例加入到50%的蔗糖溶液中制成的酒精浓度从1%到80%不等的甜酒。
科学家们持续观察它们的行为和生存状况，最初以为40%的酒精浓度就足以让它们失去行动能力，甚至死亡。但结果是它们不仅存活了下来，还在80%的酒精中表现得比预期更活跃。
实验数据显示，在80%乙醇浓度的环境中，黄蜂的生存率达到95%以上，且它们的筑巢行为（如构建蜂巢的速度和规模）与对照组（无乙醇糖水）并无显著差异。很明显，甜酒中的高浓度乙醇对它们的日常活动影响极小，喝完酒该干活还是可以干活。
东方胡蜂工蜂对乙醇的耐受性极强，即使在高浓度环境下（80%），其生存率也没有显著降低。
（图片来源：文献1）
相比之下，同样参与实验的欧洲蜜蜂却难以承受这样的挑战。蜜蜂在摄入高浓度甜酒后，行为变得极为不稳定，它们的翅膀颤抖，运动变得迟缓，就像被蒙上了无形的枷锁，最终在24小时内大量死亡。
东方胡蜂对高浓度乙醇表现出极强的耐受性，而蜜蜂在类似条件下表现出较低的生存能力，说明两者的代谢机制存在显著差异。
科学家使用了一种特殊的标记——“13C1标记乙醇”同位素。简单来说，就是给乙醇加了个“追踪器”，这样就可以观察这些乙醇在黄蜂体内的代谢路径。
科学家们发现，在高浓度乙醇环境下，黄蜂的乙醇脱氢酶（NADP+）活性显著增加。乙醇脱氢酶是一种负责分解乙醇的关键酶，它首先将乙醇分解为乙醛（一种中间代谢产物），乙醛再进一步被转化为乙酸（即醋酸），最终进入体内的代谢循环，成为能被身体利用的无害物质。尤其是在80%乙醇浓度下，乙醇脱氢酶的活性比低浓度组提高了约3倍。
通过研究，科学家们很快锁定了答案——基因多拷贝。科学家使用tblastn方法对乙醇代谢酶的基因在东方胡蜂及其它胡蜂属物种中的复制情况进行了分析。
tblastn是一款基于BLAST（Basic Local Alignment Search Tool）的生物信息学工具，用于在核酸序列数据库中搜索与特定蛋白质序列相匹配的区域。科学家们通过序列比对分析，确认了乙醇脱氢酶基因的多拷贝现象，这些基因位于同一染色体上。而这一切推测可能是串联复制事件（Tandem Duplication）导致的。
串联复制事件是一种基因组重组现象，指基因的一段DNA序列被重复复制，并插入到原位，形成多个连续排列的基因副本。这些基因副本通常位于同一条染色体上，彼此紧密相邻，像“串联”起来一样，因此被称为串联复制。
正是因为东方胡蜂体内的乙醇脱氢酶基因多拷贝了几份，大大增强了乙醇分解速度，使其不仅提高了高浓度乙醇的耐受性，还将其作为能量来源。
东方胡蜂 （图片来源：Wikipedia）
昆虫的基因组中常出现基因多拷贝现象，尤其是在面对外部环境压力如抗虫剂的使用或环境中毒素积累时。例如，棉铃虫的抗虫剂耐受性与其体内抗毒酶（如P450酶或乙酰胆碱酯酶）基因的多拷贝直接相关。
昆虫之所以比其他生物更容易通过基因多拷贝现象适应环境压力，是因为其繁殖速度快、种群规模大、突变和基因多拷贝更容易在种群中发生和保留。此外，昆虫的基因组相对较小且简单，增加了基因多拷贝事件的发生率。
根据现有的研究，树鼩被认为是对乙醇摄入适应性最高的脊椎动物，它们在自然栖息地中定期食用乙醇浓度高达3.8%的食物而没有明显后果。然而，在实验室条件下，长期摄入10%浓度的乙醇会在14天内引发严重的肝损伤。
在无脊椎动物里，果蝇在此之前被认为是最厉害的。果蝇在摄入4%以下浓度的乙醇时不会表现出负面影响，但超过这一阈值的浓度会显著增加死亡率。相较之下，东方胡蜂在实验中能耐受高达80%的乙醇浓度，这在其他动物中极为罕见。
东方胡蜂的研究揭示了昆虫适应酒精的机制，以及基因、环境压力和进化之间的复杂关系，这引发了关于人类基因潜力的思考，通过研究这些隐藏在自然界中的“小怪物”，科学家试图揭开酒精代谢的秘密，探索基因与环境协同进化的轨迹。
参考文献：
[1]Bouchebti S, Gershon Y, Gordin A, et al. Tolerance and efficient metabolization of extremely high ethanol concentrations by a social wasp[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024, 121(44): e2410874121.
出品：科普中国
作者：苏澄宇
监制：中国科普博览
来源：中科院中国科普博览