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不同分工的螞蟻在形態上也產生了差異。（受訪單位供圖）

看似不起眼的螞蟻，已經在地球上存活 1.4 億年，曾與恐龍共存，其歷史比人類的歷史更悠久。螞蟻是億萬年生存斗爭中的佼佼者，我們往往為螞蟻社會細致的分工而驚嘆。人類的行為與社會分工會受許多外在因素的影響，比如自然環境、社會文化等，那螞蟻的分工又是因為什么呢？近日，深圳科學家們找到了這個答案。

深圳華大生命科學研究院聯合中國科學院昆明動物研究所、丹麥哥本哈根大學等單位首次用單細胞測序技術，構建了螞蟻四種不同品級的大腦細胞圖譜，揭示了螞蟻伴隨著社會分工而出現的腦部特異化現象和不同社會品級行為模式差異的神經基礎，展現了蟻后成熟過程中大腦的可塑性變化，找到調節其生殖力和壽命的關鍵細胞類群。

其相關研究成果已于 6 月 16 日在權威學術期刊《自然·生態與演化》上發表。

文 / 廣州日報全媒體記者王納

不同分工導致螞蟻大腦結構差異

據介紹，螞蟻在演化上的成功與其高度社會化緊密相關。一個成熟的螞蟻帝國中，至少存在 4 種不同形態的分工類型，分別為：工蟻、雄蟻、處女繁殖蟻和蟻后。

通常來說，工蟻的卵巢完全退化，終身從事育幼、覓食等工作，自身沒有繁殖能力。

而雄蟻活著只有一個目標，離開巢穴找到心儀的蟻后進行交配，交配后很快生命就結束了。

處女繁殖蟻成功交配后成為蟻后，蟻后長期待在巢內，專職產卵，獲得蟻后位置的她壽命還會顯著延長。而錯過交配窗口期的處女繁殖蟻，其行為會逐漸偏向工蟻，從事部分育幼及覓食工作，而且卵巢也會逐漸萎縮。

研究團隊選用了社會性昆蟲研究的模式物種——法老蟻作為研究對象，基于華大 DNBelab C4 單細胞建庫測序平臺，分析了 900 多個來自 4 種不同品級的法老蟻的大腦，構建了覆蓋法老蟻社會中全部成體形態的大腦細胞圖譜，并將其劃分出 43 種不同的細胞類群。

研究團隊發現，工蟻與雄蟻的大腦是極度特異化的。處女繁殖蟻和蟻后的大腦細胞組成則相對正常。

工蟻是更傾向于嗅覺感知的動物，而雄蟻則更依賴視覺，這可能與其要依靠視力來尋找合適的交配對象有關。論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院研究員李啟業介紹說，蟻群內部伴隨著不同的社會分工出現了不同結構和細胞組成的大腦，這些就像是為了完成特定的工作，而專門設計的一個個大腦。

螞蟻大腦可以功能互補

而在整體層面，不同品級的螞蟻大腦有不同方向和程度的特異化，彼此之間又功能互補，這使得蟻群成為一個真正意義上的‘超個體’，能夠同時行使生殖、育幼、覓食、防御等全面的功能。論文的共同通訊作者、中國科學院昆明動物研究所副研究員劉薇薇說。

自然界中具有社會行為的動物很多，但能稱為超個體的動物并不多。如狼，雖然屬于社會型動物，每個個體平時生活在狼群里，但是如果把它單獨拉出來，它依舊是一匹全能的狼，能自己吃飯睡覺，跟異性交配產生后代。

而螞蟻中的工蟻卻不能繁殖，作為一個生命，它其實并不完整。蟻后雖然有繁殖能力，卻往往生活不能自理，需要工蟻照顧它。只有把這一窩螞蟻湊成一個整體，它作為一個生物的所有生理機能才能齊全。在某種程度上，我們甚至可以把這一窩上萬只螞蟻當成一個整體來看待。像這樣的生物，我們叫它超個體生物。

該研究還有一些有意思的發現。處女繁殖蟻成功交配后成為蟻后，其翅膀會脫落，壽命也會顯著延長。這是為什么呢？

研究團隊發現，處女繁殖蟻與成熟的蟻后相比，大腦細胞組成發生了明顯的變化。其中視葉細胞的含量在蟻后大腦中明顯降低，這與蟻后長期適應黑暗的巢內環境相關。而多巴胺細胞以及一類具有神經保護功能的膠質細胞的含量則在蟻后大腦中顯著增加。這些大腦細胞類群的變化以及神經環路的重塑，或許決定了蟻后生殖功能的極度提升以及壽命的顯著延長。這也為其他動物長壽的研究提供了可能的方向。

論文的共同通訊作者、深圳華大生命科學研究院劉傳宇研究員表示：本研究讓我們更好地理解螞蟻腦部特征與其社會性的關系。隨著單細胞測序技術的進步，未來，單細胞技術將會被應用到更多的生物學研究中，助力人類對生命的解析。

論文的共同通訊作者，現任浙江大學求是講席教授、生命演化研究中心主任張國捷指出，這項工作提示了大腦的特異化是螞蟻不同品級展現出社會分工和行為差異的基礎。他總結道，這些彼此之間既有差異但又功能互補的大腦，支撐蟻群成為一個真正意義上的超個體。因此，自然選擇作用也上升到了一個更高的組織層次，使得螞蟻在 1.4 億年的生存競爭中獲得優勢，演化成為地球上極度優勢的動物類群。

來源：廣州日報

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