為什么同一個蟻后，能生出兩個完全不同的物種？

本文轉載自科學大院，ID：kexuedayuan

俗話說“龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞。”在人們的常識中，無論是動物還是植物，父母和子代必然屬于同一個物種，這似乎是再自然不過的規律。但就在最近的研究中，科學家們打破了這一規律：一種螞蟻的后代，居然出現了兩個完全不同的物種！

蟻界的“騾子”蟻

故事要從一種名為伊比利亞收獲蟻（Messor ibericus）的螞蟻說起。研究人員在給蟻群中的工蟻測序時發現，它們的基因不太正常——染色體中只有其中一半是伊比利亞收獲蟻的基因，而另一半來自另一種螞蟻。這意味著，這種工蟻是物種雜交的結果。但給同一巢的伊比利亞收獲蟻蟻后進行基因測序時，其結果卻顯示它們的基因完全來自本物種。

伊比利亞收獲蟻的工蟻（圖片來源：antwiki Phil Honle拍攝）

在螞蟻群體中，工蟻是不具繁殖能力的雌性個體，它們負責覓食、筑巢、照顧幼蟲等日常工作；蟻后則是群體中唯一具備繁殖能力的雌性個體，專門產卵，維持整個群體的延續。

螞蟻組織中的社會性特征（圖片來源：Joel Vizueta等繪）

因此，研究人員的測序結果說明：伊比利亞收獲蟻的蟻后采用了兩條繁殖路線——一方面與本種雄蟻交配，產生新的蟻后；另一方面與異種雄蟻交配，專門產生雜交工蟻。

為什么除了本種螞蟻以外，蟻后還要費勁和異種交配？研究人員推測，這樣的策略或許帶來雜交優勢。就像馬和驢的雜交，產生的后代騾子比雙親更強壯耐力更好一樣，雜交工蟻可能擁有更高的工作效率。更關鍵的是，工蟻本就沒有繁殖功能，因此跨物種雜交導致的不育問題在這里根本不是問題。而蟻后只需要保證下一代蟻后是本物種，這個種群就能延續下去。

那有沒有可能其他種類的收獲蟻也有這樣的特性呢？研究人員挑選了歐洲常見的五種收獲蟻屬螞蟻（其中包括伊比利亞收獲蟻），對它們的工蟻都做了基因檢測，卻發現僅有伊比利亞收獲蟻的工蟻才是雜交產生的，其它幾種工蟻全部是本種繁殖的。檢測結果還表明，伊比利亞收獲蟻工蟻雜交的父本是工匠收獲蟻(Messor structor)。工匠收獲蟻分布廣泛，從歐洲大部分地區一直延伸到我國的新疆，與伊比利亞收獲蟻的分布范圍也存在重疊。

不過，新的問題隨之出現：按照傳統理論，既然幾乎所有的伊比利亞收獲蟻工蟻都是雜交出來的，那么伊比利亞收獲蟻必須要生活在工匠收獲蟻分布范圍內，才能與之雜交，從而產生工蟻。但在現實中，卻有一部分的伊比利亞收獲蟻生活在工匠收獲蟻分布區域之外，它們又是如何與工匠收獲蟻進行交配呢？

兩種收獲蟻的分布范圍差異

紅色為工匠收獲蟻，紫色為伊比利亞收獲蟻（圖片來源：參考文獻[1]）

一個巢穴，兩個物種

為了解開這個謎題，研究人員繼續深入觀察伊比利亞收獲蟻的巢穴。他們在同一巢穴中意外發現了兩種不同的雄蟻，一種體毛濃密，另一種體毛稀疏。進一步測序表明，這兩種雄蟻在基因上是截然不同的兩個物種，毛發濃密的是伊比利亞收獲蟻的雄蟻，而毛發稀疏的是工匠收獲蟻的雄蟻。

左邊為伊比利亞收獲蟻雄蟻，右邊為工匠收獲蟻雄蟻（圖片來源：參考文獻[1]）

但問題在于，按照螞蟻常見的繁殖方式，這種情況本不該發生。大多數螞蟻的雄蟻和有翅雌蟻都會離巢，在空中完成交配，這一過程被稱作婚飛。之后，受精的雌蟻會落地、獨立筑巢，建立新的群體。因此，按常理推斷，在巢穴內出現的雄蟻極有可能是由巢里的蟻后直接產下的，而非外來的。

為了驗證這一點，研究人員將這些雄蟻全部移除，并將蟻群隔絕在人工環境中，避免有外來雄蟻混入。一年之后，實驗結果令人震驚：巢內依舊出現了兩種雄蟻。換句話說，伊比利亞收獲蟻的蟻后竟然能夠在同一巢穴里，生下屬于兩個物種的雄蟻！

會克隆的蟻后

那么蟻后是如何同時生下兩個不同物種的雄蟻的呢？要理解這個問題，得先從螞蟻獨特的繁殖方式說起。

常見的哺乳動物，如人類，其性別是由染色體的組合決定的，XX染色體就是雌性，XY染色體就是雄性。但與此不同的是，螞蟻的性別是由卵細胞是否受精決定的，其中受精卵會發育成雌性個體，包括工蟻和未來的蟻后，而未受精的卵子則會發育成雄蟻。也就是說，雄蟻其實是單倍體，只有雌性的半套染色體。它們與蟻后交配后很快死亡，其精子則長期儲存在蟻后的體內，供之后受精使用。

螞蟻的性別決定機制（圖片來源：University of Rochester，作者漢化）

回到伊比利亞收獲蟻的案例，當蟻后單獨產卵而不受精時，就能生下本種的雄蟻。可要產生工匠收獲蟻的雄蟻，則要經歷一套更復雜的過程。研究人員發現：伊比利亞收獲蟻的蟻后和工匠收獲蟻的雄蟻交配時，后者的精子進入前者的卵細胞后，并不與卵細胞核結合，而是直接替換掉了原本的細胞核！這樣一來，卵細胞就攜帶了工匠收獲蟻的基因信息，最終發育成工匠收獲蟻的雄蟻。

換句話說，伊比利亞收獲蟻的蟻后體內發生了一種類似克隆的操作過程，卵細胞的細胞核被替換成了工匠收獲蟻的細胞核。

還未交配的伊比利亞收獲蟻的雌蟻（圖片來源：參考文獻[1]）

進一步的觀察還發現，伊比利亞收獲蟻蟻后產下的工匠收獲蟻雄蟻無法與雌性進行正常交配，它們的存在完全局限在伊比利亞收獲蟻的群體中，用于維持該物種的工蟻隊伍。

獨特的生存策略

那么，伊比利亞收獲蟻為什么要發展出如此復雜的繁殖方式？研究人員推測，其原因與該物種工蟻的形成機制有關。在進化過程中，伊比利亞收獲蟻可能已經失去了通過本種交配來產生工蟻的能力。它們必須依賴與工匠收獲蟻的雜交，才能產生工蟻。這樣一來，它們的生存范圍就受限于工匠收獲蟻的分布區，種群規模也必然小于后者。

然而，在伊比利亞收獲蟻蟻后體內發生了類似克隆的細胞核替換的現象，使其能夠直接產生工匠收獲蟻的雄蟻，這就擺脫了雜交的限制。如此一來，即使在沒有工匠收獲蟻分布的地區，它們也能維持工蟻隊伍，從而建立和擴展新的種群。這一機制顯然提高了它們在自然環境中的生存和擴散能力。

下面這張參考圖展示了關于伊比利亞收獲蟻生態演變的猜想：蟻后最開始與工匠收獲蟻生活在同一區域，依賴與工匠收獲蟻的雄蟻交配產生工蟻（圖a）。在進化過程中，蟻后逐漸開始擁有克隆工匠收獲蟻雄蟻的能力（圖b）。最終，伊比利亞收獲蟻脫離了工匠收獲蟻分布區域，即使沒有工匠收獲蟻的雄蟻供交配，蟻后仍然能產下兩個不同物種的后代。

圖片來源：參考文獻[1]

在螞蟻的系統發育樹上，伊比利亞收獲蟻與工匠收獲蟻的親緣關系比較遙遠，但它們卻形成了如此緊密而特殊的聯系。這一發現再次揭示，自然界中的物種并不總是沿著我們以往設想的固定路徑發展，它們可能會通過出人意料的方式解決生存與繁衍的難題——生物學的永恒規律，可能就是生物學沒有規律。

參考文獻：

[1] Juvé, Yannick, et al. "One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants." Nature (2025): 1-6.