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蚂蚁基因表达的不同导致分工差异

【摘要】:起初,蚁后是一群蚂蚁中一些生来不同的雌蚁,被称为“公主”,从蛹中羽化出来就生有翅,而且有生殖能力。在一个蚁群中,除了雄蚁之外,“公主”、工蚁、兵蚁都是雌蚁,也都是同一个蚁后的“女儿”,有着相同的基因。蚂蚁虽然基因相同,却在后天的发育过程中,有的成了继承皇位的“公主”,有的成了操持家务的“保姆”,有的干脆变成了“女兵”。这进一步说明,蚂蚁分工差异的原因是基因表达的不同,而非基因本身的不同。

宋代诗人杨万里写过一首《观蚁》:“偶尔相逢细间途,不知何事数迁居。微躯所馔能多少,一猎归来满后车。”

蚂蚁被认为是“超个体”,如果把一个蚁群看成一个人脑,每个蚂蚁个体就相当于人脑中的一个神经元,它们可以组成一个团体,互相配合来完成许多工作。

几乎每种蚂蚁都过着分工井然、有条不紊的群居生活 一个蚁群基本上有这么几种蚂蚁:雄蚁、蚁后、工蚁和兵蚁。

雄蚁生来的使命就是繁殖,它是由未受精卵发育成的生殖蚁。与之类似,蚁后的主要工作也是繁殖及养育后代。起初,蚁后是一群蚂蚁中一些生来不同的雌蚁,被称为“公主”,从蛹中羽化出来就生有翅,而且有生殖能力。等到生殖腺充分发育后,它们与雄蚁远离蚁巢进行群体婚飞,也就是交配。交配结束后,雄蚁便完成使命光荣地死去。而“公主”也会将双翅脱落,并在土壤中掘穴建巢,开始建立自己的蚁群,成为蚁后。蚁后个体特别大,一般会有工蚁伺候。

工蚁又称职蚁,顾名思义就是干活的蚂蚁,它们个体最小但数量最多,是没有生殖能力的雌性,主要职责是建造和扩大巢穴、采集食物、饲喂幼蚁及蚁后等。

兵蚁也是雌蚁,负责抵抗外敌,同样没有繁殖能力,但体形较大,上颚发达,战斗力很强。

在一个蚁群中,除了雄蚁之外,“公主”、工蚁、兵蚁都是雌蚁,也都是同一个蚁后的“女儿”,有着相同的基因。(www.chuimin.cn)

大多数生物都想方设法把自己的DNA传递下去,但是作为真社会昆虫,蚂蚁存在的意义并非是为了个体DNA的传递,而是要保障群体DNA的传递。为此,一些个体放弃了繁殖能力,服从社会分工——当有繁殖能力的姐妹顺利繁殖后,它们的DNA也就获得了传递。不过,在DNA相同的情况下,蚂蚁又是如何发育成不同工种的呢?

人类拥有相同的基因会发育成极其相似的同卵双胞胎。蚂蚁虽然基因相同,却在后天的发育过程中,有的成了继承皇位的“公主”,有的成了操持家务的“保姆”,有的干脆变成了“女兵”。造成“同蚁不同命”现象的,便是它们后天发育中的基因表达调控——通过改变环境、食物等因素影响基因表达。

在蚂蚁发育的过程中,不同工种的基因表达不同,因而表现出在生理构造、体形和行为等方面的差异。这种基因不变,而基因表达出现可遗传变化的现象,称为表观遗传。

在研究佛罗里达弓背蚁时,美国科学家发现H3K27ac的基因[1]决定了蚂蚁的分工。如果抑制兵蚁体内该基因的表达,这些兵蚁便会一改“女兵”作风,开始充当蚁群的“保姆”,像工蚁一样专心觅食。这进一步说明,蚂蚁分工差异的原因是基因表达的不同,而非基因本身的不同。

这种基因表达的差异能让蚁群更好地适应环境。在食物丰沛时,少数工蚁便能找到足够的食物,蚁群可以分配更多蚂蚁去保卫巢穴;而在食物短缺时,会有更多的蚂蚁加入觅食的队伍。

依靠群体的力量,小小的蚂蚁能够进行各种需要高度社会分工合作的活动。不少蚂蚁都是建筑能手,巢穴内部复杂程度与人类建筑不相上下;有的蚂蚁从别的蚁巢偷取幼虫蓄奴使用;有的蚂蚁有特殊工种,专门以腹部储存蜜汁以供蚁群使用。最令人惊奇的是,有些蚂蚁甚至还会从事“农牧业”活动。