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蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生

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要明白这个发现是多么地违背常规,我们得先瞧瞧典型的蚂蚁社会呈现出怎样的模样,这是有必要的。

蚂蚁社会:

女王、工蚁和雄蚁的“铁三角”

一群典型的蚁群,是由三类人员构成的,其中有执掌繁殖大权的蚁后,还有承担觅食以及育幼等劳务的工蚁,这些工蚁全都是不育雌性,另外还有在交配季节短暂登场,在完成使命之后就死去的雄蚁。这样一套精密的分工体系,已经在地球上运转了超过一亿年,它是蚂蚁称霸陆地生态系统的基石。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图1)

分布于墨西哥的切叶蚁(Atta mexicana)之中的工蚁, | 来自Wikimedia Commons的图片展示着。

于这个体系之内,有性生殖起着关键作用,蚁后同雄蚁进行交配之后,会把精子终生予以储存,借此持续产卵,工蚁尽管不用于繁殖,然而可是群体存亡的保障,负责觅食,承担防御,照料幼虫,一项都不能少。

然而,自然界从来都不乏另谋途径之人呢。在已知的大概两万种蚂蚁里面,有差不多30种能够开展孤雌生殖,也就是说雌性不用进行交配就能够产出后代。比如说,分布于法国等地的箭蚁属物种Cataglyphis cursor就采用了一种两条腿并行的策略:蚁后借助孤雌生殖来复制出新蚁后,与此同时通过有性生殖去产生工蚁,兼顾着王位的传承以及遗传的多样性。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图2)

蚁蛛属光标蚁标本的背面所呈现出来的样子,| 蚂蚁网络平台展示状态。

更加极端的是,南美小火蚁(Wasmannia auropunctata),蚁后进行自主克隆,雄蚁也进行自主克隆,雌雄的基因库处于完全隔离的状态,这属于最为奇特的繁殖策略当中的一种。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图3)

在AntWeb上,由April Nobile提供的,呈现出侧面样子的南美小火蚁标本,有这样的展示。

可是哪怕是在这些与众不同的物种里头,工蚁一直都是存在着的,蚁群的基础社会架构从来都没有被实实在在地打破过,一直到木之村切胸蚁突然出现。

木之村切胸蚁彻底丢弃有性生殖方式,与此同时辞退全部工蚁,每一个后代都是母体克隆而来,每一个个体都是蚁后。

研究者觉得,在一个物种不再需要去产生自身的工蚁之际,有性生殖的关键优势,也就是借助遗传重组来产出多样化的劳动力群体,就不再存在了。于是天平便倾向于无性繁殖,最终雄性彻底消逝了。

“成也萧何,败也萧何”,不过如此情况。克隆繁殖致使遗传多样性降到冰点,整个物种在面对环境剧烈变化、病原体侵袭的时候极其脆弱。实际上,木之村切胸蚁直到现在仅仅在日本的9个地点被发现,种群极为稀少。这份罕见,也许正是遗传单一性敲响的警钟。

规则打破者:

入侵、弑君与鸠占鹊巢

木之村切胸蚁,它不但冲破了蚂蚁群体惯常的结构模式,而且挑选了极为小众的存活方式,那就是:社会寄生。

所说的社会寄生,通俗来讲,就是“居于他人之房舍,役使他人之仆佣”。像那依赖奴役别的蚂蚁得以生存的蓄奴蚁,这般蚂蚁中的工蚁全然失去劳动的能力,借助奴隶达成进食、清洁以及照料幼虫之事。举例而言,悍蚁属的Polyergus lucidus,依靠劫掠而来的宿主工蚁去完成觅食与育幼等劳作,自身渐渐丧失独立存活的能力。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图4)

身呈红色的Polyergus lucidus,跟身为黑色的宿主Formica archboldi,二者共处同一个巢穴,| 图片源自Wikimedia Commons / Adrian史密斯。

木之村切胸蚁有着比蓄奴蚁更极端的寄生策略,它连自身的工蚁都不存在,年轻的该蚁蚁后潜进近缘种Temnothorax makora的巢穴,运用螫针把宿主蚁后以及最具攻击性的工蚁杀死,一旦篡位达成,幸存的宿主工蚁就把入侵者当作自家蚁后,心甘情愿地为其抚育后代。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图5)

尝试蛰T. makora的,是木之村切胸蚁,| 由Kyoichi Kinomura所记录。

研究团队采集了六个蚁巢,这六个蚁巢是被木之村切胸蚁蚁后所控制的,之后在实验室里进行饲养,结果令人瞠目,——。

从6个木之村切胸蚁蚁巢产出的43只后代里,这些后代全都是蚁后,在这43只蚁后当中,有7只成功控制了其他蚁巢,并且通过孤雌繁殖产出了57只蚁后二代。

基因组的证据:

一步步丢掉自己的家人

并非凭空出现的是木之村切胸蚁这样出格的生存模式,初步系统发育分析显示,其与切胸蚁本属里的蓄奴蚁亲缘关系更为接近,切胸蚁属当中包含了从自由生活到蓄奴蚁再到全员蚁后的完整演化谱系,它是研究社会寄生演化路径的理想类群。

一种特殊的社会寄生者被称作蓄奴蚁,它们会去劫掠其他蚁巢的幼虫,让这些幼虫充当劳动力。当宿主工蚁承担了越来越多的劳务,寄生者自身的工蚁便多少显出几分多余,于是它们便一步步滑向了被淘汰的深渊。

蚂蚁也有例外?近30种蚂蚁可孤雌生殖,不需交配就能生(图6)

工蚁标本为Temnothorax nylanderi,来自AntWeb。

在这同一时间,研究还发现,蓄奴蚁里味觉受体基因的数量,仅仅只有宿主的一半,嗅觉受体基因也出现了明显的趋同丢失。类似这样基因组大面积“生锈报废”的现象,在另一类寄生蚂蚁当中同样得到了验证。有研究对南美切叶蚁属(Acromyrmex)里3种寄居蚁和它们的宿主的基因组做了比较,发现寄生者的嗅觉受体基因明显减少,那些不再被需要的功能以及和它们相对应的基因,由于失去了自然选择的维护,就如同无人打理的花园那样日渐荒废。

把这些证据综合起来,我们好像能够得出一个带有深长意味的结论,那就是社会寄生的演化转变好像是没办法逆转的。一旦走上了寄生的道路,丢失了一部分基因,就再也没有回头的可能性了。

木之村切胸蚁,是这条没有归途之路的终点所在。这个全都是女王的族群,好像已然抵达了社会寄生演化的极致高度。

演化的尽头还是新的开始?

但巅峰往往也意味着尽头。

就遗传学的视角而言,全克隆繁殖致使其失去应对环境改变的遗传储备,它们将所有的鸡蛋都放置在了一个篮子之中。

依生态学的视角来看,木之村切胸蚁这个物种的生存状况,是全然依靠其宿主保持持续的存在状态的,就如同那些常说是唇亡齿寒的情况一样,一旦宿主出现衰弱的情形,那么作为寄生者的木之村切胸蚁就会没有可以安身的地方。

在生存策略的视角之下,寄生属于一种具备高失败率的方式。于实验观察里,存在43只蚁后,其中仅有7只成功地对其他蚁巢的蜂王实施了控制,剩余的那些,要么是被工蚁给杀死了,要么是在寄主巢穴的外面死掉了。

以地理分布的角度来看,仅仅存在九个已知的分布地点,这就表明,任何一个局部地区所发生的灾害,都极有可能给其带来毁灭性的灾难,使其遭受灭顶之灾。

然而,这个物种的存在自身便是一个演化奇迹,其向我们表明,在蚂蚁这个高度社会化的类群里,演化不但能够构建出精妙之极的合作体系,而且还能把此套体系完全解构。从合作转变为寄生,从有性转换至无性,从社会过度到“反社会”,木之村切胸蚁凭借自身的存在,撰写了一部关于社会性生命可能性边界的极端叙事。

由“天下万物生于有,有生于无”可知,在这样一个微小蚁巢当中,其失去了雄性,还失去了工蚁,然而演化却依旧在寂静地运行着。

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