殺蟲劑可以讓昆蟲變笨

類尼古丁(neonicotinoid)可以影響昆蟲的神經系統運作，對昆蟲具有高度殺傷性，而對包括人在內的哺乳動物、植物相對毒性較小，因此相關物質廣泛用於農藥、殺蟲劑，如益達胺(imidacloprid)被廣泛用於農業中，雖然這些農藥對害蟲有很高的效果，但也對非目標的昆蟲，尤其是授粉者，如蜜蜂，產生了不良影響。先前研究顯示，類尼古丁農藥不僅會增加蜜蜂的死亡率，還會在低劑量下影響它們的行為，例如學習和記憶、運動功能、覓食活動、梳理行為，以及日夜節律和睡眠。此外，這些農藥還會降低雄蜂和蜂后的繁殖能力，影響蜂群的成長。

由於類尼古丁農藥在環境中具有持久性，昆蟲在成長過程中很可能接觸到此類物質，儘管對成蟲階段的昆蟲有明顯影響，但對於這些農藥在昆蟲不同發育階段的影響，尤其是幼蟲階段的研究仍然有限。為了更清楚類尼古丁對昆蟲幼蟲神經系統的影響，本篇研究以果蠅作為模式生物，比較成蟲與幼蟲暴露在不同濃度的益達胺，對氣味與隨之而來的電擊關聯學習的能力。

研究分別測試了短期記憶(學習後經過3分鐘測試)與長期記憶(學習後經過24小時測試)，短期記憶的結果顯示，果蠅幼蟲無論是暴露於0μM、1μM、10μM、100μM的濃度下，關聯學習皆無顯著差異，但對成蟲來說100μM的濃度卻能足夠降低關聯學習的成果;長期記憶的測試則表明，幼蟲在100μM的環境下沒有顯著回憶起24小時前的訓練結果，而0μM、1μM、10μM則無顯著差異，對成蟲來說，10μM以上的濃度就能使記憶失效，1μM尚不足顯著以阻止成蟲回憶。結果有此差異，研究人員認為是果蠅幼蟲的神經系統可塑性較成蟲高，有助於適應益達胺對神經系統的影響。

接著，研究人員進一步觀察益達胺如何影響果蠅的關聯學習，發現果蠅關聯學習的中樞-mushroom body (MB)在接受嗅覺訊號輸入的區域calyx (CA)，乙醯膽鹼的釋出量顯著較少，進一步探究後發現該區域的神經突觸也顯著較少，確切如何影響突觸形成有待進一步研究。但乙醯膽鹼的作用並未因為益達胺而遭到破壞。

總結來說，本研究探討了類尼古丁農藥益達胺對果蠅幼蟲與成蟲的神經系統及關聯學習的影響，結果顯示幼蟲能夠忍受較高濃度的益達胺，維持短期記憶的能力，而成蟲則在較低濃度下即顯示出學習與記憶能力的明顯衰退。此外，研究發現益達胺會減少MB的CA中突觸乙醯膽鹼的釋放及突觸形成，可能是導致學習與記憶受損的原因之一。而這些物質在不同發育階段的具體作用機制則需要進一步研究。

撰文：張誌元

參考資料：Schulz, J., Franz, H. R., Deimel, S. H., & Widmann, A. (2024). Exploring neonicotinoid effects on Drosophila: insights into olfactory memory, neurotransmission, and synaptic connectivity. Frontiers in Physiology, 15, 1363943.