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蚂蚁也会“产奶”?你没看错,《自然》新研究发现了蚂蚁蛹的“奶妈”角色

蚂蚁也会“产奶”?你没看错,《自然》新研究发现了蚂蚁蛹的“奶妈”角色

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药明康德内容团队编辑  


我们都知道,哺乳动物的幼崽由妈妈分泌的乳汁喂养长大,这一独特之处正是哺乳动物得名的来源。然而,最近洛克菲勒大学(Rockefeller University)的科学家通过一系列精心设计的实验,获得了一项颇为颠覆认知的发现:蚂蚁也会分泌“乳汁”一样的营养液喂养幼虫。


研究论文近日发表于顶尖学术期刊《自然》


这项研究的负责人Daniel Kronauer教授痴迷于观察蚂蚁群体。在他看来,蚂蚁社会有着复杂的沟通和分工,是我们理解社会化行为如何演化的理想模型。为此,他和同事们以一种叫做毕氏卵角蚁(Ooceraea biroi)的蚂蚁为研究对象,克隆繁殖出蚁群作为实验模型,以研究蚂蚁社会是如何形成和运作的。


Orli Snir博士是实验室里的一名博士后研究员,她尝试着把不同发育阶段的蚂蚁分别从蚁群中隔离出来,想看看它们离群之后会发生什么。然后,她注意到了奇怪的现象:单独取出来蚂蚁蛹后,周围很快积聚了很多液体。


蚂蚁的生命周期从卵开始,先是孵化为幼虫,然后幼虫经过一动不动的封闭阶段——蛹,发育为成虫。通常,昆虫不会在蛹阶段分泌液体,过去也没有人注意过蚂蚁蛹分泌液体。但Snir博士发现,蚂蚁蛹不仅连续几天分泌液体,而且不马上将其去除的话,很容易引起真菌感染,导致蚂蚁死于蛹阶段,无法活到成虫。


蚂蚁蛹快要闭合时分泌出大量液体,从蛹壳渗出,形成液滴|参考资料[1]


这让她想到了一个问题:正常蚁群中,蚂蚁是怎么去除这些液体的呢?于是,他们用食用色素作为标记,在蚁群中追踪这些神秘液体的去向。


结果,色素很快出现在了所有成年蚂蚁的消化系统内。原来,这些液体是种非常受欢迎的“饮料”,蛹分泌出来后,蚁群中的成虫很快就会把它们喝掉,而这样做也刚好帮蛹实现了清洁。


这种分泌物不仅是成年蚂蚁爱喝,幼虫更是需要它们。实验显示,生命前四天没有喝到这种液体的蚂蚁幼虫会生长迟缓,甚至夭折。“刚孵化的几天里,幼虫就像新生儿依赖乳汁一样依赖这种液体。”Kronauer教授描述道,“成虫也非常爱喝,我们还不清楚它对成虫的影响是什么,但我们猜测很可能影响到代谢和生理功能。”


蚂蚁们似乎也很清楚这种液体可以促进幼虫的发育。研究人员观察到,成虫甚至会把幼虫凑到蛹的旁边,像喂奶似的,让活动能力有限的幼虫也可以直接吃到蛹分泌出的液体。而这一举动也让整个蚁群有了更强的生命力。


成年工蚁把幼虫(白色)放置在蛹(浅棕色)旁边,以便幼虫吃到蛹分泌出来的营养液|参考资料[2];Credit:Daniel Kronauer


通过蛋白质组学、代谢组学等分析方法,研究人员鉴定了液体的成分,确认其中包括所有必须氨基酸,多种碳水化合物和维生素,富含激素和神经活性物质,对于蚂蚁来说有很高的营养价值。


从分子组成推断,蚂蚁蛹的分泌物来源于蚂蚁的蜕皮过程,是一种特殊的蜕皮液。其他非社会性昆虫通常会在蜕皮时回收其中的营养,而此次的新发现表明,集群生活的蚂蚁会将这些营养分享给同伴。


蛹分泌物的蛋白质组成|参考资料[1]


发现毕氏卵角蚁会分享蛹分泌的“乳汁”后,研究人员还进一步观察了其他4种蚂蚁。这五种蚂蚁在分类上属于不同的亚科,但研究人员发现它们的蛹都会分泌液滴,而且成分分析显示,与毕氏卵角蚁的非常相似,也都富含营养。因此,研究人员推测,这种行为可能在社会性蚂蚁类群中普遍存在。


代表五个主要亚科的蚂蚁都会在蛹阶段分泌液体|参考资料[1]


研究者指出,这种分享营养的行为非同一般,构成了蚂蚁社会中一个互动网络的基础,对蚂蚁成为社会性动物有着至关重要的作用。研究蚂蚁社会行为的美国著名昆虫学教授William Morton Wheeler曾提出过,群体成员之间营养的相互依赖性是理解社会生活进化的关键,营养在昆虫社会中循环,就像血液在人体内循环,金钱在人类社会中流动一样。


在蚂蚁群体中,无数看似简单的个体协同工作,形成一股巨大的合力,因此有人把蚁群称为“超个体”,每个蚂蚁就是组成超个体的一个细胞,它们通过交换化学信号来传递信息,也和细胞在组织中的交流方式有异曲同工之妙。


接下来,这支研究团队计划继续探索蚂蚁蛹分泌的“乳汁”是否还会影响幼虫在社会中的命运、成虫的行为。“这项研究让我们一瞥昆虫社会错综复杂的相互作用网络,”Snir博士说,“我们的长期目标是深入了解控制社会组织的神经和分子机制,以及这些机制是如何进化的。”


参考文献

[1] Orli Snir et al., (2022) The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05480-9

[2] Patrizia d’Ettorre & Kazuki Tsuji (2022) Ant pupae produce ‘milk’ that adults feed to larvae. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-03722-4

[3] Ant pupae secrete fluid as "milk" to nurture young larvae. Retrieved Dec. 5, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/972579


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