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蚂蚁蛹产奶反哺现象 精选

已有 4167 次阅读 2022-12-3 11:26 |系统分类:海外观察

按照美国著名蚂蚁研究专家爱德华·威尔逊的观点,蚂蚁这种社会物种,单个的蚂蚁不能算是完整的生命,一窝蚂蚁才能算是一个生命体。单个的蚂蚁只是生命体的一个细胞,蚁后负责生育,是这个生命体的繁殖功能,其实生育的其他工作需要依靠照护蚂蚁来完成。最新关于蚂蚁奶的新发现,给这个观点提供了新的视角。也有人甚至认为地球生物圈就是一个生命体,其含义大概类似。

A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae (nature.com)

这是一种反直觉的群体合作现象,蚂蚁产奶让优蚁获得营养,而自身获得分泌物被清洁的利益,等变态发育为幼虫后可以继续帮助其他蚂蚁清理分泌液,这样是一种群体内不同阶段成员的互利依存现象。

繁殖成本高昂,通常会导致父母和后代之间的进化冲突,例如资源的相对投资。然而,家庭成员之间的合作在高度社会化的动物中也很常见。斯尼尔等报告他们使用一系列精心设计的实验,这些实验揭示了蚂蚁蛹在蚁群社会动态中以前未被记录的特殊作用。

蚂蚁在其生命周期中会经历完全的。它们从一个孵化成幼虫的卵开始,这个幼虫在经过一个不动的蛹阶段后变成成虫,在此期间身体发生了深刻的变化。根据物种的不同,蛹可能会也可能不会在自己周围旋转保护茧。这不同于其他社会昆虫,例如一些蜜蜂和黄蜂物种,其中幼虫在巢友工蚁构建的保护细胞内经历这个转化阶段。

在成年的每个主要发育阶段,昆虫都会蜕皮,脱落保护它们的旧外部角质层并产生新的角质层。分泌保护性换羽液,填充新旧角质层之间的空间。斯尼尔观察表明,就在发育成完全成年之前,蚂蚁蛹会分泌一种类似于“牛奶”的换羽液,因为它可以用于滋养幼虫(在这种情况下是幼虫)以及其他群体成员(成虫)。作者使用彩色染料来追踪这种液体从蛹到成虫或幼虫的转移,并观察相关行为,例如成虫将幼虫放在蛹上(图1)。

这种液体可能是换羽液的一种特殊形式,蛋白质分析表明它具有很高的营养价值,尽管它的确切功能需要澄清。在其他昆虫中,换羽液反而被蛹本身重新吸收并回收供昆虫自己使用。然而,研究发现,对于蚂蚁来说,液体提供共享营养,并分配给其他群体成员以优化群体生长,特别是幼虫发育。

作者报告说,通过检查幼虫生长来评估,这种液体增强了菌落适应性。但分泌物,就像哺乳动物的乳汁一样,对分泌者来说是昂贵的。如果巢友工没有迅速清除蚂蚁液,蛹就会变得容易感染真菌并死亡。

幼鸟和裸鼹鼠社会的贡献以许多物种而闻名,包括幼鸟和裸鼹鼠的不育工后者是所谓的真社会性动物的代表。真社会性的特点是生殖个体和照顾年轻人的非生殖工作者之间的分工高水平的合作同一社会单位成员之间的冲突程度较低。已知近15,000种蚂蚁都是真社会性的,蚂蚁已经进化出最先进的昆虫社会组织和合作形式之一。

蚂蚁幼年对社会需求的贡献之前已经确定。例如,某些物种的幼虫分泌丝绸,用于筑巢,卵和幼虫将蜂王的信息素分子传播给蜂群成员然而,一动不动且经常被包裹在茧中的蛹被认为是相对无用的。斯尼尔及其同事的研究打破了这一假设,并极大地提高了我们对蚂蚁(非成年蚂蚁)在蚂蚁社会动态中的作用的认识。

令人惊讶的是,在现代蚂蚁科学史上,在威廉·莫顿·惠勒对蚂蚁社会行为进行开创性研究一个世纪之后,蚂蚁研究人员观察了这些社会,却没有注意到Snir及其同事报告的现象的存在。惠勒和那个时代的其他科学家专注于口对口或肛门对口营养共享,这在社会昆虫中很常见,但不限于社会昆虫,惠勒本人在1918年称之为trophallaxis(来自希腊语tropho-和-allaxis,意思是营养的交换)。惠勒和他的同时代人认为,群体成员之间营养的相互依存关系是理解社会生活演变的关键,营养在昆虫社会中循环,就像血液在体内循环,金钱在人类社会中流动一样。

这种营养理论在二十世纪后期失宠了,当时通过种群遗传学的视角对蚂蚁和其他社会昆虫的社会进化的解释引起了人们的注意。然而,营养理论在本世纪重新受到重视,因为它可能提供一个补充的解释。蛋白质分析等现代技术的进步有助于阐明复杂行为的机制功能。我们现在知道,在热带运动期间,蚂蚁不仅交换营养物质,还交换各种生物活性物质,例如,与种姓分化(例如蚂蚁成为女王还是工人),免疫防御和肠道微生物的维持有关。Trophallaxis在通过菌落气味的均质化识别群体身份方面也起着关键作用

斯尼尔证明属于五大蚂蚁亚科的5种蛹不动的蛹分泌的蛹液具有社会功能。这个角色何时演变尚不清楚。作者发现,蜜蜂,另一个高度社会化的血统,没有表现出这种行为。蜜蜂和黄蜂社会中的蛹通常被封闭在单独的硬细胞中,而蚂蚁蛹则被饲养在育雏堆中,由工蜂在巢周围移动。这可能是一个关键的区别,表明营养蛹液在蚂蚁社会的进化轨迹中具有特殊作用,并强调了共享营养在社会进化中的重要性。正如营养物质在蚂蚁社会中循环一样,关于昆虫社会进化的想法也可以完整地循环。



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