《當代生物學》：闡明群居寄生螞蟻的進化
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克隆突襲蟻的混合群體，包含類似蟻后的生物生螞突變體，具有退化的學闡翅膀或翼根。年長的明群工蟻是深棕色的，而淺色的居寄進化工蟻才出生幾天。Credit: Daniel Kronauer
（神秘的當代地球uux.cn）據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)（by Rockefeller University）：眾所周知，螞蟻是生物生螞勤奮的工作者，不知疲倦地完成分配給它們的學闡任務——覓食、哺育幼蟲、明群挖掘隧道、居寄進化整理巢穴。當代但事實上，生物生螞有些人完全是學闡游手好閑。這些稀有物種被稱為無工蜂的明群社會寄生蟲，它們只作為蟻后存在，居寄進化沒有工蜂照顧它們，它們就會死去。為了生存，寄生螞蟻會潛入一個由親緣關(guān)系很近的螞蟻組成的群體，在那里，只要它們保持相對較低的數(shù)量，它們和它們的后代就會成為群體中的休閑階層。
長期以來，人們一直認為這些懶惰的昆蟲可能是在孤立的環(huán)境中，通過一系列的突變，一個接一個地進化出了它們的女王特征。現(xiàn)在，洛克菲勒大學社會進化和行為實驗室的科學家和他們在哈佛大學的合作者有了一個新理論。正如他們在《當代生物學》上報道的那樣，他們發(fā)現(xiàn)了類似蟻后的突變體——寄生螞蟻，它們自發(fā)地出現(xiàn)在克隆襲擊螞蟻的群體中，這些螞蟻通常沒有蟻后。
“這種突變體就像其他寄生物種的前身，”該研究的主要作者Waring Trible說。"這是一種理解螞蟻如何進化成為社會寄生蟲的新方法."
深入研究這些獨特螞蟻的遺傳學可能是更好地理解種姓分化背后的分子機制的一種方式，或者一只螞蟻如何發(fā)展成為工蟻或蟻后，這些仍然是未知的。它也有助于闡明一般生物的生物發(fā)展。
藏在顯眼的地方
在15，000多種被確認的螞蟻物種中，有數(shù)百種被認為是社會寄生蟲。寄生螞蟻出生在宿主群體內(nèi)，會離開群體，使用性信息素吸引另一個群體的雄性與之交配，一旦懷孕，就會滲透到原來的群體或在附近找到另一個群體。
她經(jīng)常用詭計來躲過殖民地守衛(wèi)。例如，洗頭蟻會在蟻巢入口外抓幾只螞蟻，舔舐它們以獲得蟻群標志性的化學氣味，然后舔舐全身以將其轉(zhuǎn)移到自己的身體上。在化學物質(zhì)的掩蓋下，她可以溜進去度過她的一生，并繁殖新的蟻后和在群體外交配的雄蟻。雄性死去，蟻后又開始新的一輪。
由于它們的獨特性，自查爾斯·達爾文以來，生物學家們對它們進行了廣泛的研究，但在它們進化的主流理論中仍有一個癥結(jié)，洛克菲勒大學斯坦利·s和悉尼·r·舒曼副教授兼實驗室負責人丹尼爾·克羅納爾說。
它們與宿主關(guān)系密切，但如果它們必須隨著時間的推移獲得這些寄生特征，它們就需要在繁殖過程中被隔離，否則與宿主雜交會洗掉它們獨特的特征。但是沒有人在野外發(fā)現(xiàn)中間進化的螞蟻——它們有一些社會寄生蟲的特征，但沒有其他的，Kronauer說。
當類似蟻后的螞蟻在2015年突然出現(xiàn)在克隆襲擊者螞蟻中時，正在研究種姓分化背后的遺傳機制的特里布爾注意到了這一點。由于克隆突襲蟻通常沒有蟻后，并且無性繁殖，蟻后樣的突變體脫穎而出:它們生來就有翅膀、更大的眼睛和卵巢，成年后對勞動表現(xiàn)出普遍的冷漠。
但事實證明它們并不新鮮——它們已經(jīng)在密集的群體中隱藏了多年，這些群體的數(shù)量掩蓋了它們的存在。基因分析顯示，它們已經(jīng)變異，存在于首次發(fā)現(xiàn)它們的蟻群中——這是一個由其他正常螞蟻組成的群體，克羅瑙爾于2008年在日本沖繩收集了這些螞蟻，它們?nèi)匀簧钤趯嶒炇抑小＿@是一個線索，寄生蟲螞蟻入侵的典型故事可能需要重新思考。
研究人員隨后進行了一系列實驗和基因分析。第一批實驗之一是將它們分離出來，看看這種表型是否可以遺傳。因為克隆襲擊者螞蟻無性繁殖，他們不必擔心與其他螞蟻雜交。
女王的突變體產(chǎn)卵，發(fā)育成自己的副本。“我們知道我們有很酷的東西，”克羅納爾說。
他們還測試了行為。完全由類似蟻后的突變體組成的覓食團隊的規(guī)模只有工蟻的一半，而且它們也不太可能試圖招募其他螞蟻來尋找食物。這些行為是工蟻的勤奮和蟻后的依賴之間的一種中介，并允許變異螞蟻避免離開安全的蟻群所固有的危險。
盡管產(chǎn)卵量是宿主的兩倍，但螞蟻會自我調(diào)節(jié)自己的數(shù)量。只要它們的數(shù)量保持在宿主人口的25%以下，它們就做得很好。超過這個數(shù)，他們就有麻煩了。當蟻后從蛹中出來時，它們需要工蟻的幫助來釋放它們的翅膀，如果工蟻需要照顧的蟻后太多，它們就會被蛹皮纏住而死去。
“它們似乎有能力調(diào)節(jié)自己的繁殖，這樣它們就不會讓它們的宿主群體滅絕，這對寄生蟲來說是一件非常聰明的事情，”特里布爾說，他曾是克羅納爾實驗室的成員，現(xiàn)在在哈佛大學經(jīng)營自己的實驗室，研究這些和其他突變體。"這為這些突變體提供了長時間生存的能力."
荷爾蒙的影響
全基因組測序顯示，寄生蟻后在13號染色體上有一個突變，這在結(jié)構(gòu)上類似于其他螞蟻中調(diào)節(jié)群體社會結(jié)構(gòu)的染色體。這種突變?nèi)旧w似乎包含一個“超基因”，即一組共同作用產(chǎn)生表型的基因。在這種情況下，超基因包含200多個單獨的基因，其中不成比例的數(shù)量有助于激素的代謝。
這些基因包括編碼細胞色素p450酶的基因，這些酶是螞蟻和人類合成激素所必需的，并可能在這些極不尋常的突變體的產(chǎn)生中發(fā)揮作用。(這個酶家族可能是任何被警告在服用某些藥物時不要喝葡萄柚汁的人所熟悉的，因為葡萄柚汁抑制了酶對藥物的解毒作用。)
Kronauer說，似乎有了這個單一的突變，“它們的形態(tài)，更高的產(chǎn)卵量，行為——都可以在一個單一的突變步驟中改變”。
如果是這樣的話，特里布爾說，“這將是一種方式，它實際上有可能從一個正常的螞蟻變成一個單一物種的寄生蟲。”
這種觀點——一個物種中可能出現(xiàn)兩種截然不同的動物——觸及了螞蟻種姓之謎的核心。因為沒有工蟻的社會寄生蟲來自一種影響螞蟻種姓發(fā)展的非常特殊的突變類型，研究蟻后樣突變體有可能揭示仍然未知的分子機制，這些機制使螞蟻幼蟲發(fā)展出獨特的種姓形態(tài)。“它為研究它們的進化提供了一個非常全面的框架，”克羅納爾說。
尺寸很重要
特里布爾說，這些發(fā)現(xiàn)還可能導致對包括人類在內(nèi)的所有動物中發(fā)生的被稱為異速生長的重要發(fā)育過程的進一步研究。異速生長使生物體的組織與其身體大小成比例。
特里布爾說，其機制尚不清楚，但理解它們可能與人類生物學的許多方面有關(guān)，包括疾病。或許類女王變種人可以提供一種新的研究途徑。“我們沒有果蠅、老鼠或人類遺傳疾病突變的好例子，以如此戲劇性的方式打破異速生長的標度，”他說。
“我們認為這種女王般的突變體將成為理解種姓發(fā)展的有力工具，而種姓發(fā)展反過來又是研究這些關(guān)于異速生長如何工作的更大問題的理想模型。”