“螻蟻”常被代指力量弱小、無足輕重的動物或人。然而，生物學家眼中，螞蟻卻是生命演化史上最成功的類群之一，至少1億年前它們就已經形成了復雜的社會組織，不僅闖過了兇險的白堊紀末大滅絕，還發(fā)展成為超過1.5萬個現生物種的龐大家族。
螞蟻因何如此成功？螞蟻社會又是如何演化形成的？浙江大學生命演化研究中心張國捷團隊組織的聯合研究項目在著名學術期刊《細胞》發(fā)表長論文，揭示了螞蟻社會系統(tǒng)的演化機制。
螞蟻家族興盛的秘密：高度社會化
螞蟻是我們日常生活中最容易遇到的昆蟲。科學家做過估算，如果把全球螞蟻都集中在一起，它們的總重量會超過地球上所有野生鳥類和哺乳動物的總和。植被上、巖石下、土壤中……螞蟻分布在除極地外的幾乎所有陸地生態(tài)環(huán)境中，它是全球最成功的動物類群之一，也對生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮著重要的塑造作用。
螞蟻的品級、社會組織和行為性狀的演化
“高度社會化是螞蟻成功的重要倚仗，不同螞蟻物種演化出了從簡單到高度復雜的社會組織形式，并且在社會行為方式具有非常多的多樣化，這使它們能占據不同的生態(tài)位。”研究項目的主要發(fā)起人，論文通信作者，浙江大學生命演化研究中心教授張國捷教授表示，“通過研究，我們希望能回答，螞蟻的社會性是如何發(fā)生和演化的，它們又是如何變得如此多樣化？有哪些基因在這過程中起到了關鍵的推動作用？”
工蟻為什么都是“小光棍”？
蟻群社會里，存在兩個最基本的階層——繁殖品級和勞力品級。在繁殖品級中，存在雌性和雄性兩種繁殖蟻，它們完成交配后，雄蟻很快走向死亡，而雌蟻則會脫落翅膀，鉆入地下建立巢穴，成為蟻后。蟻后是巢穴中所有成員的母親，巢內所有的工蟻都是它的女兒。
勞力品級的工蟻雖然與蟻后具有相同的基因，但其繁殖力被壓制甚至有些完全失去了繁殖器官，它們在某種意義上是“中性”的，不承擔生殖責任。在一些螞蟻物種中，工蟻還會細分出更多大大小小不同的亞品級。例如，大頭蟻中就存在特化的兵蟻，它們擁有厚重的上顎和發(fā)達的咬肌，專為戰(zhàn)斗而生。
全異重頭蟻的工蟻和超級兵蟻在體型上有顯著差異
役奴蟻方結俄蟻工蟻（大）和奴隸蟻原蟻小工蟻（小）
“螞蟻最初的交配制度為‘終身單配偶制’，這讓后代間保持了緊密的親緣關系，可能使得一些個體為群體放棄生殖機會，進而為生殖分工的出現奠定了基礎。”論文共同第一作者，浙江大學生命演化研究中心博士后丁果介紹，研究發(fā)現保幼激素信號通路、絲裂原活化蛋白激酶信號通路（MAPK）等保守的分子調控通路，在不同品級之間的螞蟻身上存在顯著差異表達，而且在螞蟻演化過程中受到強烈的自然選擇，一些關鍵基因在不同螞蟻類群之間的變化，塑造了螞蟻多樣的分工模式和社會組織形式。
螞蟻演化策略：用舊基因實現新功能
“生殖分工的形成，在基因組層面留下了印記。”論文共同通信作者中國科學院昆明動物研究所的劉薇薇副研究員指出，“螞蟻基因組在演化過程中頻繁發(fā)生染色體重排現象，但我們發(fā)現有大約970個基因簇，在上億年的螞蟻演化歷程中，維持了穩(wěn)定的共線性。”
螞蟻群體的發(fā)育和品級分化與動物個體的發(fā)育和細胞分化的具有很大的相似性
論文共同第一作者，南昌大學的青年教師熊子軍博士補充指出，這些保守基因簇往往表現出協同表達模式，且部分基因在品級之間呈現出差異化表達。提示這些基因可能參與調控發(fā)育和代謝等基礎生命過程，并在社會行為和組織結構的演化中發(fā)揮重要作用。
“在1.57億年的演化過程中，螞蟻產生了一系列社會性行為性狀或者生理特征，如標記覓食路徑、個體之間的交哺等。它們還產生了多種非凡的生存策略，如種植真菌、放牧蚜蟲、劫掠其他螞蟻、社會性寄生等。”論文共同作者、浙江大學生命演化研究中心客座學者冉浩介紹，螞蟻一系列社會特征的形成和演化，也是核心調控網絡的重編程和整合形成的，包括其生殖、覓食、營養(yǎng)代謝及內激素響應信號等，這種“舊基因，新功能”的策略，提示了生命演化的簡約之美。
螞蟻個體的生活史（左）和螞蟻群體的生活史（右）
“通過比較具有不同社會組織結構的螞蟻物種在社會性狀和基因組上的差異，我們的研究顯示，社會組織形式的變化是螞蟻演化的重要推動力。在這過程中，保幼激素及MAPK等與品級分化相關的關鍵分子信號通路上關鍵基因的改變，在自然選擇作用下，重塑了社會分工和社會組織復雜度，促進了不同螞蟻之間在社會結構上的巨大差異。”張國捷總結說，“我們的研究也表明，表型性狀并非獨立演化，而是在基因網絡模塊重塑的過程中，不同表型性狀相互關聯、協同演化，最終促進了螞蟻物種和社會性狀的多樣化。”
現代快報/現代+記者 是鐘寅
（受訪對象供圖）
