據(jù)10月8日新聞，我國中科院發(fā)表論文，揭示蟻群組成“超有機(jī)體”的分子機(jī)制。

記者8日從中科院昆明動物研究所獲悉，該所研究員張國捷領(lǐng)銜的中外聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)揭示了螞蟻群體和多細(xì)胞生物在發(fā)育和演化上的相似之處，為將蟻群視為超有機(jī)體的理論找到了證據(jù)支持。相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-生態(tài)與演化》上。

  生命的演化充滿了從簡單到復(fù)雜的轉(zhuǎn)變，如從單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物，從獨(dú)立生活的個(gè)體到有著高度分工的社會性群體。一些社會性昆蟲，如蜜蜂、胡蜂、螞蟻和白蟻，由于有著明確的社會分工和高度有序的社會組織，一直備受生物學(xué)家和社會學(xué)家關(guān)注，并被冠以“超有機(jī)體”或“超個(gè)體”之名。在這一概念下，整個(gè)群體被和多細(xì)胞生物個(gè)體類比，蟻后作為繁殖品級被視為超有機(jī)體的“生殖細(xì)胞”，而工蟻等勞動品級則被視為超有機(jī)體的“體細(xì)胞”。雖然該理論已提出上百年，卻一直停留在假說階段，沒有確鑿的證據(jù)。人們對蟻群如何在發(fā)育過程中形成“超有機(jī)體”更是知之甚少。

  張國捷領(lǐng)銜的中外聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合超有機(jī)體假說和表觀遺傳學(xué)模型，研究發(fā)現(xiàn)：在螞蟻品級分化的早期，雖然蟻后與工蟻沒有外部形態(tài)差異，但兩者的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)截然不同。該研究以法老蟻和切葉蟻為模式物種，對不同發(fā)育階段的螞蟻個(gè)體進(jìn)行微量RNA測序，分析螞蟻個(gè)體發(fā)育分化的表達(dá)圖式。研究表明，隨著時(shí)間推移，蟻后與工蟻的基因表達(dá)差異逐漸增大，而同一品級個(gè)體間的基因表達(dá)則愈加相像。該現(xiàn)象與沃丁頓在1940年提出的表觀遺傳學(xué)模型所吻合。這一發(fā)現(xiàn)意味著蟻后和工蟻的品級分化與細(xì)胞分化類似，其形態(tài)發(fā)育會限制在特定的分化渠道中(渠化)并朝著特定的目標(biāo)前進(jìn)。

  研究人員稱，在蟻后和工蟻之間出現(xiàn)渠化差異基因的功能，可以很好地解釋我們看到的不同螞蟻工種執(zhí)行的社會功能。蟻后婚飛后專門負(fù)責(zé)繁殖，它們的渠化基因多在翅肌細(xì)胞與卵巢表達(dá);工蟻負(fù)責(zé)覓食、照顧幼蟲等日常巢穴維護(hù)，它們的渠化基因則更多在大腦表達(dá)。這說明蟻后和工蟻的基因表達(dá)不再是為了自身存活，而是為了整個(gè)巢穴的繁衍生息。這顯示自然選擇使得蟻窩內(nèi)部的基因表達(dá)不再是個(gè)體層面的適應(yīng)，而是超有機(jī)體層面的適應(yīng)。

  此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，不同物種間工蟻的發(fā)育轉(zhuǎn)錄組差異巨大，而蟻后則更為相似，與此相對應(yīng)的是同一物種內(nèi)部的工蟻比蟻后更為多樣。這提示著蟻后的發(fā)育比工蟻更為保守，渠化的程度更高。另外，研究還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)最顯著的渠化基因Freja，這個(gè)基因只在蟻后卵巢特異表達(dá)。在幼蟲時(shí)期對Freja敲降之后，蟻后體型顯著減小，翅的發(fā)育發(fā)生異常，形態(tài)上與工蟻更為相似;對成年蟻后進(jìn)行Freja敲降之后卵子發(fā)育受到阻滯。這表明Freja在蟻后的發(fā)育過程中對體型和翅表型的維持具有關(guān)鍵作用，而且對成年蟻后卵子發(fā)育和卵巢功能維持具有重要作用。這提示渠化基因在螞蟻品級分化中與品級特征的發(fā)育和維持相關(guān)，并可能影響著螞蟻的品級演化。

  科研人員表示，螞蟻是研究生物社會行為和超有機(jī)體組成的模式類群。通過研究螞蟻的演化和發(fā)育，為螞蟻?zhàn)鳛槌袡C(jī)體找到了更直接的證據(jù)，并發(fā)現(xiàn)超有機(jī)體和多細(xì)胞生物的共通之處。螞蟻個(gè)體發(fā)育分化形成不同品級的過程同樣遵循沃丁頓描述的表觀遺傳調(diào)控模式。該研究建立了一套計(jì)算分析方法，可以對沃丁頓描述的有機(jī)體分化的渠化效應(yīng)進(jìn)行量化比較，從而對每個(gè)基因受到自然選擇壓力和發(fā)育約束力進(jìn)行評估，并從中找到調(diào)控螞蟻發(fā)育分工的重要調(diào)控基因。研究螞蟻社會性的形成機(jī)制可以為研究生命復(fù)雜性演化和發(fā)育調(diào)控提供新思路。

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