从独居到“帝国”，蚂蚁如何用1.6亿年实现

提到蚂蚁(mǎyǐ)，人们总想到成群结队、忙忙碌碌的小不点，在岩石(yánshí)、泥土、草丛、树木中爬行。可它们在地球上出现之初(zhīchū)，却是(quèshì)“独居一族”。1.57亿年间，它们是如何从独居物种逐步演化成具有不同社会形态结构、拥有约1.5万个物种的庞大生物类群的？ 6月16日晚，国际权威学术期刊《细胞》杂志(zázhì)发表由我国科学家领导的(de)中外联合研究(yánjiū)项目成果，探索了蚂蚁的演化(yǎnhuà)历史和蚂蚁社会系统的演化机制，解析了推动蚂蚁社会行为、社会分工、社会组织结构演化的关键基因。 生殖分工构成(gòuchéng)蚂蚁社会基础 蚂蚁是我们日常生活中最(zuì)容易遇到的昆虫。据介绍，地球上(shàng)现存蚂蚁的总重量大约达到了人类(rénlèi)总重量的五分之一，超过了所有野生鸟类和野生哺乳动物(dòngwù)的总和。植被上、岩石下、土壤中，蚂蚁分布在除南极洲外的几乎所有陆地生态环境中，它是全球最成功的动物类群之一，对生态系统发挥着重要(zhòngyào)的塑造作用。 蚂蚁中不同的品级分化形式(xíngshì)。（丁果/制图）①克平卷尾猛蚁，其生殖蚁（有翅）和工蚁（无翅）具有相似的体型；②东方(dōngfāng)行军蚁，其生殖蚁（中间具有庞大腹部的个体）和工蚁展现了巨大的体型差异(chāyì)；③法老小家蚁，所有工蚁体型相近；④全异重头蚁的非(fēi)生殖品级则演化出了一型工蚁和多型兵蚁，它们的体型差异显著。（图源(túyuán)：高琼华） “在(zài)蚂蚁的(de)社会里，存在两个最基本的品级，即繁殖(fánzhí)品级和劳力品级。繁殖品级在交配前(qián)具有翅膀，可以婚飞，具有繁殖能力。而作为劳力品级的工蚁虽然都是雌性，则往往没有繁殖能力，在某种意义上是中性的。”论文共同第一作者，浙江大学生命演化研究中心的博士后丁果告诉记者，“生殖分工构成了(le)蚂蚁社会的基础，推动(tuīdòng)了蚂蚁社会性的演化。” 劳力品级分化关联巢穴规模扩大(kuòdà) “在很多蚂蚁物种中，劳力品级中还有更(gèng)细致的分工，形成了一系列的亚(yà)品级。”论文(lùnwén)共同通讯作者中国科学院昆明动物研究所的刘薇薇副研究员指出，“我们发现多个基因和相应的调节过程在协同调控(tiáokòng)个体的品级发育，塑造了蚂蚁多样的分工模式。” “伴随着生殖分工的(de)演变，劳力品级还进一步演化出多种类型分化，在社会系统的劳力角色中有(zhōngyǒu)更进一步的细化(xìhuà)。”论文共同第一作者，南昌大学(nánchāngdàxué)的熊子军老师进一步介绍。据介绍，巢穴规模的扩大与品级的进一步分化密切相关，也同样对蚂蚁社会的复杂化发挥着关键(guānjiàn)的作用。 法老小家蚁的发育过程和品级分化(fēnhuà)（高琼华、冉浩等制图） 关键(guānjiàn)基因变化重塑蚂蚁社会结构 “在1.57亿年的(de)演化过程中，蚂蚁(mǎyǐ)产生了(le)一系列复杂的行为性状和生理特征(tèzhēng)，如标记觅食路径、个体之间的交哺等；还产生了多种非凡的生存策略，如种植真菌、放牧蚜虫、社会性寄生等。”论文共同作者(zuòzhě)、浙江大学生命演化研究中心的客座学者冉浩介绍(jièshào)说，“这些性状在不同的蚂蚁物种里，彼此互相连锁(liánsuǒ)或排斥(páichì)，形成了模块化的动态组合系统，以适应不同的环境需求，也催生了组织复杂度各异的蚂蚁社会组织形式。社会性特征之间的协同演化导致了蚂蚁社会结构的多样性。” “与此同时，基因(jīyīn)层面所承受的(de)选择压力会随之发生变化——一批基因被‘强化’以适应新功能，而另一些基因则被‘放松’以简化不必要的性状，体现了不同性状间共享的基因调控基础。”刘薇薇表示，“与这些性状相关的基因，如果在(zài)社会(shèhuì)复杂度较高的类群中受到(shòudào)更强烈选择压力，则往往(wǎngwǎng)会在社会组织复杂度变低的类群中受到较弱的选择压力；反之亦然。” 部分社会性特征之间的(de)相互关系(guānxì)（Joel Vizueta、丁果/制图） 通过比较具有(jùyǒu)不同社会组织结构的蚂蚁(mǎyǐ)物种的社会性状以及(yǐjí)基因组，该研究阐明了社会组织形式(xíngshì)的变化是蚂蚁出现(chūxiàn)辐射性物种爆发和非凡的环境适应力的重要推动力。在这一过程中，一些关键基因在自然选择作用下的改变，重塑了社会分工和社会组织复杂度，促进了不同蚂蚁之间在社会结构上的巨大差异。 作为项目发起人，论文(lùnwén)通信作者、浙江大学生命演化研究(yánjiū)中心的张国捷教授表示，这项研究表明，表型性状并非独立演化，而是在基因网络(wǎngluò)模块重塑的过程中，不同表型性状相互(xiānghù)关联、协同演化，最终促进了蚂蚁物种和社会性状的多样化。