蚂蚁的社会性是怎么来的？

蚂蚁

一直以来，进化生物学中的一个迷思就是，为什么有些种类的物种是社会群居性的。这类物种的最显著特征便是分工协作。以蚂蚁为例，蚁后负责产卵，工蚁则负责照顾幼蚁、觅食、筑巢等其他工作。

但是，蚂蚁的这种分工由哪些因素决定呢，在进化过程中是如何产生的呢？一直以来都没有清晰的答案。

最近，美国科学家在著名学术杂志《科学》上撰文称，蚂蚁的社会分工虽然复杂，却仅仅由一个叫作胰岛素样多肽的基因ILP2（insulin like peptide 2）控制。在营养充足的条件下，幼蚁的基因ILP2会被激活，促进卵巢的发育和之后的排卵过程，从而诱导该幼蚁最终发育为蚁后。

为了找到控制蚂蚁分工的基因，科学家比较了四种不同的蚂蚁的5581种基因。研究结果发现，这四类蚂蚁从个体大小到生活习性千差万别，但是它们有一种特性是相同的。在所有负责繁殖的蚂蚁的大脑中，ILP2的含量都是显著高于工蚁的。更有意思的是，ILP2仅仅在蚂蚁的大脑中表达，而在蚂蚁的其它组织器官中没有表达。进一步研究表明，蚂蚁大脑中仅有12到15个细胞表达ILP2。

在进化过程中，昆虫中的社会性行为最早可以追溯到一类黄蜂的祖先，它们可以在繁殖状态和哺育幼儿状态之间切换。该黄蜂的雌性个体产卵后就会切换到哺育幼儿的状态，直到幼蜂破茧长大。在进化过程中，这两种状态不再在同一个个体身上出现，开始完全地分离到不同的个体身上，即蜂后负责繁殖，工蜂负责此外的一切。

黄蜂

那么ILP2基因是怎么起作用的呢？

科学家选择一类称作Ooceraea biroi的蚂蚁作为对象研究ILP2起作用的方式。该类蚂蚁起源于亚洲，身长2毫米到3毫米之间，一般在地下的孔道之间活动，喜欢占据其他类蚂蚁的巢穴，并且以那些蚂蚁的幼儿为食。该类蚂蚁看来是相当的残忍。

Ooceraea biroi

为什么选择如此残忍的蚂蚁类型作为研究对象呢？

因为该类蚂蚁跟别的蚂蚁不一样，它们没有固定的蚁后，任何雌性工蚁都可以通过孤雌生殖的方式繁殖后代。什么意思呢？就是雌性蚂蚁不需要交配，它们可以生产出跟自己一模一样的个体，包括遗传物质，也就是以克隆的方式繁殖后代。这些雌性蚂蚁全都遵循这样的生活周期，先花18天产卵，然后花16天抚养后代。如此周而复始。

科学家发现，如果在哺乳幼儿状态的蚂蚁的大脑中注射ILP2蛋白，那么这些蚂蚁就会立即由哺育幼儿的状态切换到繁殖状态，开始产卵。也就是说，单单改变蚂蚁脑中ILP2蛋白的含量，就可以改变蚂蚁的社会分工属性。

那么，ILP2蛋白的含量又由什么控制呢？

很早之前，科学家就发现那些营养状态更好的雌性蚂蚁幼儿更容易发育为蚁后。这也很好理解，毕竟更健康的蚁后更容易生出健康的后代，这对于整个蚂蚁族群都是有好处的。科学家发现，营养状态正是控制ILP2表达的关键因素。

总结而言，营养状态更好的雌性幼蚁，大脑中的ILP2表达升高，促使幼蚁发育为蚁后。而那些营养状态不好的则发育为工蚁。

接下来需要解决的问题就是，ILP2在幼蚁到蚁后的发育过程中到底是怎么起作用的。

主要参考文献

Chandra, V., Fetter-Pruneda, I., Oxley, P.R., Ritger, A.L., McKenzie, S.K., Libbrecht, R., and Kronauer, D.J.C. (2018). Social regulation of insulin signaling and the evolution of eusociality in ants. Science 361, 398-402.