溫馨提醒:本文有大量螞蟻圖片
《西游記》里,唐僧師徒途經西梁女國,發現滿城皆是女子,不見一個男人,女性通過飲用子母河水受孕繁衍后代。吳承恩大概沒想到,四百多年后,科學家在日本的森林里真的找到了一個女兒國——只不過國民不是人,而是螞蟻。
近期,《當代生物學》上報告了切胸蟻屬名為Temnothorax kinomurai的物種(它暫時沒有正式的中文名,種加詞致敬了一位日本的螞蟻研究者,直譯過來是木之村切胸蟻,下文中我們將暫時用這個直譯的中文名)。在它們的種群中,每一只個體都是蟻后,沒有工蟻,沒有雄蟻,依靠克隆自己來延續后代,和女兒國只有女性、孤雌繁殖的特色完美重合。
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木之村切胸蟻 | 參考文獻[4]
要理解這個發現有多離經叛道,我們需要先看看典型的螞蟻社會長什么樣。
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螞蟻社會:
女王、工蟻和雄蟻的“鐵三角”
一個典型的蟻群由三類人員組成:執掌繁殖大權的蟻后、承擔覓食和育幼等勞務的工蟻(均為不育雌性),以及在交配季節短暫登場、完成使命后即死去的雄蟻。這套精密的分工體系,已經在地球上運轉超過一億年,是螞蟻稱霸陸地生態系統的基石。
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墨西哥切葉蟻(Atta mexicana)工蟻 | Wikimedia Commons
在這個體系中,有性生殖扮演著關鍵角色:蟻后與雄蟻交配后將精子終生儲存,用以持續產卵。工蟻雖不繁殖,卻是群體存亡的保障,覓食、防御、照料幼蟲,缺一不可。
然而,自然界向來不缺另辟蹊徑者。在已知的約兩萬種螞蟻中,有近30種能進行孤雌生殖,即雌性無需交配便可產生后代。比如,分布在法國等地的箭蟻屬物種Cataglyphis cursor 就采取了一套兩條腿走路的策略:蟻后通過孤雌生殖復制出新蟻后,同時通過有性生殖產生工蟻,兼顧王位傳承與遺傳多樣性。
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Cataglyphis cursor 標本背面觀 | AntWeb
更極端的是南美小火蟻(Wasmannia auropunctata),蟻后和雄蟻各自獨立克隆,雌雄基因庫完全隔離,是最奇特的繁殖策略之一。
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南美小火蟻標本側面觀 | AntWeb / April Nobile
但即便在這些另類的物種中,工蟻也始終存在,蟻群的基本社會架構從未被真正打破,直到木之村切胸蟻的橫空出世。
木之村切胸蟻完全拋棄有性生殖,同時解雇所有工蟻,每一只后代都是母體克隆,每一只個體皆為蟻后。
研究者認為,當一個物種不再需要產生自己的工蟻時,有性生殖的核心優勢——通過遺傳重組產出多樣化的勞動力群體——便不復存在。天平因此倒向了無性繁殖,雄性最終徹底消失。
不過"成也蕭何,敗也蕭何"。克隆繁殖使遺傳多樣性降至冰點,整個物種在面對環境劇變和病原體侵襲時極其脆弱。事實上,木之村切胸蟻至今僅在日本的9個地點被發現,種群極為稀少。這份罕見,或許正是遺傳單一性敲響的警鐘。
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規則打破者:
入侵、弒君與鳩占鵲巢
木之村切胸蟻不僅打破了螞蟻社會常規的架構,還選擇了非常小眾的生存策略:社會寄生。
所謂社會寄生,通俗地說就是“住別人的房子、使喚別人的仆人”。比如依賴奴役其他螞蟻生存的蓄奴蟻,這類螞蟻的工蟻完全喪失勞動能力,靠奴隸完成進食、清潔及照料幼蟲。例如悍蟻屬的Polyergus lucidus,依賴劫掠來的宿主工蟻完成覓食和育幼等勞動,自身逐漸喪失獨立生存的能力。
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Polyergus lucidus(紅色)與其宿主 Formica archboldi(黑色)共處一巢 | Wikimedia Commons / Adrian Smith
木之村切胸蟻的寄生策略比蓄奴蟻更為極端,它連自己的工蟻都沒有。年輕的木之村切胸蟻蟻后潛入近緣種Temnothorax makora的巢穴,用螫針殺死宿主蟻后和最具攻擊性的工蟻。一旦篡位成功,幸存的宿主工蟻便將入侵者視為自家蟻后,心甘情愿地為其撫養后代。
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木之村切胸蟻試圖蟄T. makora | Kyoichi Kinomura
研究團隊采集了6個被木之村切胸蟻 蟻后控制的蟻巢,在實驗室中飼養。結果令人瞠目——
6個木之村切胸蟻蟻巢中產出的43只后代中,全部是蟻后;這43只蟻后中有7只成功控制其他蟻巢,并孤雌繁殖出57只蟻后二代。
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基因組的證據:
一步步丟掉自己的家人
木之村切胸蟻這樣出格的生存模式并非憑空出現。初步系統發育分析顯示,它與切胸蟻本屬中的蓄奴蟻親緣關系更近。切胸蟻屬中包含了從自由生活-蓄奴蟻-全員蟻后的完整演化譜系,是研究社會寄生演化路徑的理想類群。
蓄奴蟻是一種特殊的社會寄生者:它們劫掠其他蟻巢的幼蟲充當勞動力。當宿主工蟻承擔了越來越多勞務,寄生者自身的工蟻多少顯出幾分多余,便一步步滑向了被淘汰的深淵。
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Temnothorax nylanderi工蟻標本 | AntWeb
與此同時,研究還發現蓄奴蟻的味覺受體基因數量僅為宿主的一半,嗅覺受體基因也出現了顯著的趨同丟失。類似的基因組大面積“生銹報廢”的現象在另一類寄生螞蟻中同樣得到印證。有研究比較了南美切葉蟻屬(Acromyrmex)中3種寄居蟻與其宿主的基因組,發現寄生者的嗅覺受體基因顯著減少,那些不再被需要的功能和與之相對應的基因,因為失去了自然選擇的維護,便像無人打理的花園一樣日漸荒廢。
綜合這些證據,我們似乎可以得出一個人意味深長的結論:社會寄生的演化轉變似乎是不可逆的。一旦踏上寄生之路,丟失部分基因,便再無回頭之可能。
而木之村切胸蟻,正是這條不歸路的終點。這一全員女王的族群似乎已經到達了社會寄生演化的巔峰。
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演化的盡頭還是新的開始?
但巔峰往往也意味著盡頭。
從遺傳學角度看,全克隆繁殖使其喪失應對環境變化的遺傳儲備,它們把所有雞蛋都放進了一個籃子;
從生態學角度看,木之村切胸蟻的生存完全依賴宿主的持續存在——唇亡齒寒,宿主一旦衰落,寄生者便無處安身;
從生存策略看,寄生是一種高失敗率的手段。實驗觀察的43只蟻后中有只有7只成功控制其他蟻巢蜂王,剩下的要么被工蟻殺死,要么在寄主巢穴外死亡;
從地理分布看,僅9個已知分布點意味著任何局部災害都可能帶來滅頂之災。
然而,這個物種的存在本身就是一個演化奇跡,它告訴我們:螞蟻這個高度社會化的類群中,演化不僅能構建出精密絕倫的合作體系,也能將這套體系徹底解構。從合作到寄生,從有性到無性,從社會到"反社會",木之村切胸蟻用自己的存在,書寫了一部關于社會性生命可能性邊界的極端敘事。
“天下萬物生于有,有生于無”——在這個失去雄性、失去工蟻的微小蟻巢里,演化依然在寂靜地運行。
參考文獻
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作者:張應超
編輯:悲催的鉈寶寶
題圖來源: Kyoichi Kinomura
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本文來自果殼自然(ID:GuokrNature)
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