蚂蚁社会的军备竞赛维护者的基因活动取决于入侵的奴隶制蚂蚁

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

emnothorax americanus是一种在美国东北部发现的奴隶制蚂蚁。这些微小的社会昆虫既没有抚养后代，也没有自己寻找食物。相反，他们袭击了另一种蚂蚁物种Temnothorax longispinosus的巢穴，绑架他们的幼虫和蛹将这些带回自己的巢穴。一旦这些已经到了成年期，被绑架的蚂蚁必须喂养奴隶物种的巢穴，寻找食物，喂养奴隶制造者，甚至捍卫它们的巢穴。一群奴隶制造者，由一位女王和两到五名工人组成，可以保留30至60名奴隶。在一项新的研究中，来自约翰内斯古腾堡大学(JGU)的生物学家研究了寄生虫与寄主之间的特殊关系，并做了一个令人兴奋的发现：寄主蚂蚁自卫的能力，关键取决于袭击奴隶制造者是否来自某个地区成功或不太成功的寄生虫种群。如果奴隶制造者来自奴隶制造者罕见的地方，那么主人蚂蚁会对入侵者做出积极的反应。相反，如果入侵者来自奴隶制造者常见的地区，主人不认识他们，因此不会积极回应。该研究还揭示了它们如何反应的这种差异也反映在与侵略相关的基因在蚂蚁大脑中的活跃程度。

类似鸟类巢寄生，如杜鹃，T.美洲属于一类被称为社会的寄生虫不直接损害他们的主人的尸体寄生虫，但操纵他们的社会或育雏舍的行为来代替。社会寄生虫及其寄主参与了“共同进化的军备竞赛”：寄生虫完善了对宿主的开发，而宿主则不断发展出更好的防御策略。当寄生压力低时，T。longispinosus对协同作战的攻击作出反应，但是，在寄生主义更为普遍的地方，其防御战略从战斗转向飞行。正是这种关系的确切性质，以及JGU有机和分子进化研究所(iOME)的Susanne Foitzik教授工作组在新研究中所进行的相应反应。

来自生态成功种群的寄生虫仍然未被发现，并且不会引发防御基因的活动

为了准备这项研究，该组织的成员收集了来自北美东部八个不同地区的岩石中的橡子，枝条和裂缝的寄主蚂蚁的殖民地。在这八个地区中的五个地区发现了奴隶制造的蚂蚁。研究人员研究了蚂蚁在相遇时如何表现，测试来自所有地区的蚂蚁。“主机的行为完全取决于奴隶制造者的起源，”Foitzik总结道。当一个巢的主人蚂蚁T. longispinosus被掠夺，对于捍卫者来说，攻击者来自哪个环境比他们自己的地理起源更重要。来自成功人口的奴隶制成功的蚂蚁成功地无法识别，因此遭遇了较弱的防御。这反映在宿主蚂蚁的基因活动中。“捍卫宿主蚂蚁的基因表达不是取决于它们自身来自何处，而是取决于攻击寄生虫在其原始环境中的生态成功，”Foitzik解释说。“实际上，蚂蚁大脑中发生的事情取决于他们遇到的对象，而不是他们是谁。”

成功人群寄生虫实际上消除宿主防御的能力主要是由于他们成功地保持未被发现。蚂蚁使用碳氢化合物进行化学识别，这些碳氢化合物覆盖了它们身体的外层，即角质层。奴隶制造的蚂蚁试图限制用于识别他们身体的物质的数量。非常成功的寄生虫种群只携带少量宿主蚂蚁用来检测它们的化学物质。“因此，他们能够在主持人的雷达下飞行，”Susanne Foitzik教授说。“如果它们成功，我们看到宿主蚂蚁基因活动的变化较小。”然后，育雏劫匪可以不被注意地进入宿主巢穴。

工蚁中的基因表达与其活动的关系比与年龄或生育能力的关联性更强

在另一项研究中，Foitzik的研究小组还调查了Temnothorax longispinosus的工蚁的基因活性。。为了在环保方面取得成功，社会性昆虫不仅依赖于分工，而且还依赖于女王和工人之间以及工人自身之间的分工。无论是照料育雏还是觅食，工人所扮演的角色都受到年龄，生育率和营养状况的影响。倾向于育雏的蚂蚁更年轻，更肥沃，更肥胖。科学家们将蚂蚁的特殊作用与年龄和生育能力相关联。“如果你从一个殖民地中移除所有育雏护理人员，一些觅食者会变成育儿照顾者，反之亦然，”Foitzik解释道。该研究表明，蚂蚁的基因活动更多地取决于它们在群体中的作用而不是它们的年龄或生育能力 - 这一新发现有助于提高我们对蚂蚁社会行为演变的理解。

值得注意的是，蚂蚁行为的主要变化可以由个体基因触发。一个特别重要的基因是卵黄蛋白原样A，它在育雏护理者中非常活跃。如果这个基因被下调，工人就会停止照顾殖民地的后代，并花更多的时间照顾成年的同伴。美因茨研究人员的研究结果表明，类似卵黄蛋白原的A基因会影响工人对育雏气味的敏感性。如果蚂蚁不再感觉到它们，它们就会停止照顾它们。这些实验表明社会昆虫社会的分工如何受到规范，因为群体成员以不同的方式对与蚂蚁社会中不同任务相关的特定刺激作出反应。