研究揭示蚁群构成“超有机体”的份子机制
昆明10月8日电 (记者 胡遥航)记者8日从中科院昆明动物研究所获悉，该所研究员张国捷领衔的中外联合研究团队揭示了蚂蚁群体以及多细胞生物在发育以及演化上的相似的地方，为将蚁群视为超有机体的理论找到了证据支撑。相干研究功效于近日在线发表在国际学术期刊《天然-生态与演化》上。
生命的演化布满了从非常简单到繁杂的转变，如从单细胞生物到多细胞生物，从自力糊口的个别到有着高度分工的社会性群体。一些社会性虫豸，如蜜蜂、胡蜂、蚂蚁以及白蚁，因为有着明确的社会分工以及高度有序的社会组织，一直备受生物学家以及社会学家存眷，并被冠以“超有机体”或者“超个别”之名。在这一律念下，整个群体被以及多细胞生物个别类比，蚁后作为生殖等级被视为超有机体的“繁殖细胞”，而工蚁等劳动等级则被视为超有机体的“体细胞”。尽管该理论已经提出上百年，却一直停留在假说阶段，没有确实的证据。人们对于蚁群若何在发育进程中形成“超有机体”更是知之甚少。
图为蚂蚁里遭到渠化约束的基因在蚁后以及工蚁的分歧器官表达。 中科院昆明动物研究所供图
张国捷领衔的中外联合研究团队经由过程连系超有机体假说以及表观遗传学模子，研究发明：在蚂蚁等级分解的初期，尽管蚁后与工蚁没有外部形态差别，但二者的基因调控网络已经经大相径庭。该研究以法老蚁以及切叶蚁为模式物种，对于分歧发育阶段的蚂蚁个别入行微量RNA测序，阐发蚂蚁个别发育分解的表达图式。研究评释，跟着时间推移，蚁后与工蚁的基因表达差别逐渐增年夜，而统一等级个别间的基因表达则越发相像。该征象与沃丁顿在1940年提出的表观遗传学模子所吻合。这一发明象征着蚁后以及工蚁的等级分解与细胞分解雷同，其形态发育会限定在特定的分解渠道中(渠化)并朝着特定的方针进步。
研究职员称，在蚁后以及工蚁之间泛起渠化差别基因的功能，可以很好地诠释咱们望到的分歧蚂蚁工种执行的社会功能。蚁后婚飞后专门卖力生殖，它们的渠化基因多在翅肌细胞与卵巢表达；工蚁卖力寻食、赐顾帮衬幼虫等一样平常巢穴维护，它们的渠化基因则更多在年夜脑表达。这阐明蚁后以及工蚁的基因表达再也不是为了自身存活，而是为了整个巢穴的繁衍生息。这显示天然选择使患上蚁窝内部的基因表达再也不是个别层面的顺应，而是超有机体层面的顺应。
图为Freja调控蚁后的体型发育以及卵巢功能。 中科院昆明动物研究所供图
别的，该研究还发明，分歧物种间工蚁的发育转录组差别庞大，而蚁后则更为相似，与此相对于应的是统一物种内部的工蚁比蚁后更为多样。这提醒着蚁后的发育比工蚁更为守旧，渠化的水平更高。另外，研究还发明了一个最显著的渠化基因Freja，这个基因只在蚁后卵巢特异表达。在幼虫时期对于Freja敲降之后，蚁后体型显著减小，翅的发育产生异样，形态上与工蚁更为相似；对于成年蚁落后行Freja敲降之后卵子发育遭到阻滞。这评释Freja在蚁后的发育进程中对于体型以及翅表型的维持具备关头作用，并且对于成年蚁后卵子发育以及卵巢功能维持具备首要作用。这提醒渠化基因在蚂蚁等级分解中与等级特性的发育以及维持相干，并可能影响着蚂蚁的等级演化。
科研职员暗示，蚂蚁是研究生物社会举动以及超有机体构成的模式类群。经由过程研究蚂蚁的演化以及发育，为蚂蚁作为超有机体找到了更直接的证据，并发明超有机体以及多细胞生物的共通的地方。蚂蚁个别发育分解形成分歧等级的进程一样遵循沃丁顿描写的表观遗传调控模式。该研究创建了一套计较阐发方式，可以对于沃丁顿描写的有机体分解的渠化效应入行量化比力，从而对于每一个基因遭到天然选择压力以及发育约束力入行评估，并从中找到调控蚂蚁发育分工的首要调控基因。研究蚂蚁社会性的形成机制可觉得研究生命繁杂性演化以及发育调控提供新思绪。(完)