地球上最成功的昆蟲是什么?從各個方面看,螞蟻都是有力的競爭者。螞蟻分布于除南極洲以外的所有大洲,目前已發(fā)現(xiàn)超過12000種螞蟻。螞蟻的總數(shù)量更是天文數(shù)字——據(jù)估計,所有螞蟻的重量加起來占到所有陸生生物重量的15%~20%。從單只螞蟻看,這是一種脆弱的昆蟲。大多數(shù)螞蟻體形較小,不能飛行,也無特殊的攻防武器,以至于我們可以輕輕松松捏死一只螞蟻。但能讓螞蟻取得如此大成功的原因,并非個體能力,而是高效的社會組織方式。同基因不同命宋代詩人楊萬里寫過一首《觀蟻》:“偶爾相逢細間途,不知何事數(shù)遷居。微軀所饌能多少,一獵歸來滿后車?!?/span>螞蟻被認為是“超個體”,如果把一個蟻群看成一個人腦,每個螞蟻個體就相當于人腦中的一個神經(jīng)元,它們可以組成一個團體,互相配合來完成許多工作。幾乎每種螞蟻都過著分工井然、有條不紊的群居生活。一個蟻群基本上有這么幾種螞蟻:雄蟻、蟻后、工蟻和兵蟻。雄蟻生來的使命就是繁殖,它是由未受精卵發(fā)育成的生殖蟻。與之類似,蟻后的主要工作也是繁殖及養(yǎng)育后代。起初,蟻后是一群螞蟻中一些生來不同的雌蟻,被稱為“公主”,從蛹中羽化出來就生有翅,而且有生殖能力。等到生殖腺充分發(fā)育后,它們與雄蟻遠離蟻巢進行群體婚飛,也就是交配。交配結(jié)束后,雄蟻便完成使命光榮地死去。而“公主”也會將雙翅脫落,并在土壤中掘穴建巢,開始建立自己的蟻群,成為蟻后。蟻后個體特別大,一般會有工蟻伺候。工蟻又稱職蟻,顧名思義就是干活的螞蟻,它們個體最小但數(shù)量最多,是沒有生殖能力的雌性,主要職責是建造和擴大巢穴、采集食物、飼喂幼蟻及蟻后等。兵蟻也是雌蟻,負責抵抗外敵,同樣沒有繁殖能力,但體形較大,上顎發(fā)達,戰(zhàn)斗力很強。在一個蟻群中,除了雄蟻之外,“公主”、工蟻、兵蟻都是雌蟻,也都是同一個蟻后的“女兒”,有著相同的基因。大多數(shù)生物都想方設法把自己的DNA傳遞下去,但是作為真社會性昆蟲,螞蟻存在的意義并非是為了個體DNA的傳遞,而是要保障群體DNA的傳遞。為此,一些個體放棄了繁殖能力,服從社會分工——當有繁殖能力的姐妹順利繁殖后,它們的DNA也就獲得了傳遞。不過,在DNA相同的情況下,螞蟻又是如何發(fā)育成不同工種的呢?人類擁有相同的基因會發(fā)育成極其相似的同卵雙胞胎。螞蟻雖然基因相同,卻在后天的發(fā)育過程中,有的成了繼承皇位的“公主”,有的成了操持家務的“保姆”,有的干脆變成了“女兵”。造成“同蟻不同命”現(xiàn)象的,便是它們后天發(fā)育中的基因表達調(diào)控——通過改變環(huán)境、食物等因素影響基因表達。在螞蟻發(fā)育的過程中,不同工種的基因表達不同,因而表現(xiàn)出在生理構(gòu)造、體形和行為等方面的差異。這種基因不變,而基因表達出現(xiàn)可遺傳變化的現(xiàn)象,稱為表觀遺傳。在研究佛羅里達弓背蟻時,美國科學家發(fā)現(xiàn)H3K27ac的基因[1]決定了螞蟻的分工。如果抑制兵蟻體內(nèi)該基因的表達,這些兵蟻便會一改“女兵”作風,開始充當蟻群的“保姆”,像工蟻一樣專心覓食。這進一步說明,螞蟻分工差異的原因是基因表達的不同,而非基因本身的不同。這種基因表達的差異能讓蟻群更好地適應環(huán)境。在食物豐沛時,少數(shù)工蟻便能找到足夠的食物,蟻群可以分配更多螞蟻去保衛(wèi)巢穴;而在食物短缺時,會有更多的螞蟻加入覓食的隊伍。依靠群體的力量,小小的螞蟻能夠進行各種需要高度社會分工合作的活動。不少螞蟻都是建筑能手,巢穴內(nèi)部復雜程度與人類建筑不相上下;有的螞蟻從別的蟻巢偷取幼蟲蓄奴使用;有的螞蟻有特殊工種,專門以腹部儲存蜜汁以供蟻群使用。最令人驚奇的是,有些螞蟻甚至還會從事“農(nóng)牧業(yè)”活動。螞蟻農(nóng)牧場螞蟻最喜歡糖分,但自然界很少有富含糖分的食物:水果是有季節(jié)性的,平時難得一嘗;蜂蜜倒是不錯,但要吃到蜂蜜的話,還得跟守巢的蜜蜂干上一架,顯然費力不討好。于是,螞蟻便把目光投向了蚜蟲的排泄物。蚜蟲以吸食植物的汁液為生,但不能消化植物汁液中的糖分,會把糖分從消化系統(tǒng)排出。可以說,蚜蟲的排泄物富集了食物中的糖分,相當于被提純了的糖漿,所以又被稱為蜜露。盡管這糖分的來源有些不雅,但對螞蟻來說卻是難得的美食。為了能長期吃到蜜露,螞蟻像養(yǎng)奶牛一樣養(yǎng)著蚜蟲。當然,這“保護費”也不是白收的,如果蚜蟲有天敵,比如瓢蟲來襲,螞蟻便會去跟它打架,保護好自己的“糖源”;如果蚜蟲棲息的植物長勢不好,螞蟻還會把蚜蟲搬到長勢良好的植物上,就像逐水草而居的牧人一樣。生物學家還發(fā)現(xiàn),螞蟻會用自己的觸角觸碰蚜蟲,促使蚜蟲排出更多的蜜露,宛如有經(jīng)驗的牧人給奶牛擠奶。螞蟻和蚜蟲就以這種互利共生的關(guān)系生活在一起,蚜蟲給螞蟻提供食物,螞蟻則給蚜蟲保障后勤和治安,兩者都能從中獲益。除了從事“農(nóng)牧業(yè)”飼養(yǎng)蚜蟲,螞蟻還能從事“種植業(yè)”。南美有一種螞蟻叫切葉蟻,它們能用大顎把植物葉片切下來當作培養(yǎng)基,再從舊培養(yǎng)基中搬來菌種,種植真菌作為食物。切葉蟻會對真菌的菌種小心保管,非常珍視。它們的“公主”長大后自立門戶時,還會隨身攜帶一些菌種,以便繼續(xù)種植真菌。“放牧”蚜蟲的螞蟻 切葉蟻對真菌“情有獨鐘”是有原因的。研究發(fā)現(xiàn),切葉蟻自身不能合成精氨酸,只能靠食用精氨酸含量豐富的真菌來進行補充。切葉蟻從幾千萬年前起便以周圍環(huán)境中的野生真菌為食,但野生真菌的來源太少而且不穩(wěn)定,它們便學會了種植真菌,如同以采集果實為生的原始人學會了種植作物,食物的來源便充足而穩(wěn)定了。在漫長的演化過程中,切葉蟻不但學會了種植真菌,還學會了對真菌進行優(yōu)選,以培養(yǎng)出更適合種植和食用的真菌,就像人類通過選種、雜交,培養(yǎng)出更高產(chǎn)、更美味的作物一樣。在這個過程中,螞蟻和真菌在共同演化,適應這種共生生活。生活在南美洲的切葉蟻 看似平凡的螞蟻,卻有著超出我們想象的生存策略。作為早在白堊紀便與恐龍共存的螞蟻,在恐龍滅絕后的數(shù)千萬年依然興盛,靠的或許就是這種社會性。一只螞蟻雖然很弱小,但是一個蟻群的社會力量卻不容小覷。類似的昆蟲還有蜜蜂。利用這種確保群體存續(xù)的策略,螞蟻和蜜蜂擴張到了世界上的絕大多數(shù)地方,至今長盛不衰。對這類高度社會化的動物進行研究,或許有助于人類社會化行為的研究,有助于解開我們自身的奧秘。 參考資料1. 趙爽,賈鳳龍,梁鉻球等. 廣東省螞蟻種類與分布[J]. 環(huán)境昆蟲學報,2009,31(2):156–161.2. Nygaard S, Zhang G, Schi?tt M, et al. The genome of the leaf-cutting ant Acromyrmex echinatior suggests key adaptations to advanced social life and fungus farming[J]. Genome Res. 2011 Aug;21(8):1339–1348.3. Nygaard S, Hu H, Li C, et al. Reciprocal genomic evolution in the antfungus agricultural symbiosis[J]. Nat Commun. 2016 Jul 20;7:12233.4. Roberto Bonasio, Guojie Zhang, et al. Genomic comparison of the ants Camponotus floridanus and Harpegnathos saltator[J]. Science. 2010 Aug 27:329(5995):1068–1071.[1] 名為H3K27ac的編碼組蛋白脫乙酰酶的基因決定了螞蟻的分工。