「超基因」的突變導致工蟻長出蟻后般的翅膀並且它變得懶惰了

編程老妖 發佈 2024-04-08T14:55:37.072489+00:00

在被稱為克隆襲擊者的掠食性螞蟻中,被稱為偵察兵的工蟻會追蹤其他螞蟻物種的巢穴,然後招募更多工蟻幫助偷走該物種的幼崽,為自己的蟻群提供食物(下面的第一個視頻)。但至少在一個蟻群中,其他工蟻長出了像蟻后一樣的翅膀,並且在舒適的巢穴中一動不動(下面的第二個視頻)。


在被稱為克隆襲擊者的掠食性螞蟻中,被稱為偵察兵的工蟻會追蹤其他螞蟻物種的巢穴,然後招募更多工蟻幫助偷走該物種的幼崽,為自己的蟻群提供食物(下面的第一個視頻)。但至少在一個蟻群中,其他工蟻長出了像蟻后一樣的翅膀,並且在舒適的巢穴中一動不動(下面的第二個視頻)。研究人員上周在《當代生物學》雜誌上報導說,這是因為基因突變使它們變成了寄生懶蟲,它們只會產卵和吃別人收集的食物。這些新發現的寄生蟲可能是「超基因」或一起遺傳的基因簇中的突變如何將進化推向曲速的一個例子。

「這篇論文提供了迄今為止最明確的證據,表明一組複雜的特徵可以在單個突變步驟中出現,」加州大學河濱分校 (UCR) 的進化生物學家 Jessica Purcell 說,她沒有參與這項工作。霍恩海姆大學的進化生物學家克里斯蒂安·拉貝林 (Christian Rabeling) 補充道,他在十多年前就提出了這種基因變化可能導致快速進化的說法,但沒有很好的證據支持這一想法,他也沒有參與這項新研究。「現在他們表明,類似的事情確實會發生。」

克隆入侵者 ( Ooceraea biroi ) 是一種長約 1 毫米的矮胖螞蟻,起源於孟加拉國,後來成為中國、印度以及世界各地熱帶和亞熱帶島嶼的入侵害蟲。雖然大多數螞蟻物種都有一個產卵的蟻后,而工蟻則為她和蟻群的幼崽以及它們自己收集食物,而克隆襲擊者則沒有蟻后。取而代之的是,工蟻產下的卵會發育成更多的工蟻,即它們自己的克隆體。克隆襲擊者在尋找其他螞蟻巢穴進行襲擊時,嚴重依賴嗅覺進行合作,科學家們發現它們是研究群居昆蟲的有用對象。

2015 年,洛克菲勒大學 (Rockefeller University) 的研究人員注意到,從日本沖繩收集的克隆入侵者殖民地中的一些工蟻在成年頭幾天長出了翅膀——就像蟻后通常那樣。此外,他們的孩子還長出了翅膀,表明這些結構是由可以傳遞給下一代的基因突變產生的。但翅膀並不是由突變引起的唯一變化,了解它的全部影響被證明是「一個偉大的偵探故事」,UCR 進化遺傳學家 Alan Brelsford 說,他沒有參與這項工作。

在接下來的 7 年裡,這項新研究的主要作者、昆蟲學家 Waring 「Buck」 Trible 測試並觀察了有翼的克隆襲擊者,發現它們產下的卵比同窩夥伴多,而且離開巢穴去偵察或襲擊其他物種的可能性要小得多螞蟻窩。這些異常的螞蟻是螞蟻寄生蟲的完美例子,現在哈佛大學的 Trible 和他的同事在Current Biology上發表了報告。

寄生螞蟻並不少見。大約有 400 種螞蟻在其他螞蟻(通常屬於不同物種)的巢穴中低調而安然無恙地生活著,這取決於那裡的工蟻如何保護它們及其幼崽的安全和充足的食物。但這些螞蟻中的大多數已經闖入了數百萬年,可能需要數千年才能成為如此成功的客人,因此很難弄清楚其中涉及的步驟。相比之下,這個單一的克隆入侵者殖民地的過渡只用了一代人,這使得研究起來容易得多。「在新突變出現後非常、非常短的時間內,它提供了前所未有的條件視圖,」Purcell 說。

Trible 將這種快速轉變歸因於超基因中的突變,超基因包含編碼多種特徵的基因,這些特徵決定了工人的長相和行為方式。但是因為所有的螞蟻都是克隆體,他的團隊無法進行通常的實驗,即培育帶有和不帶有突變的個體來確認這個 DNA 是原因。然而,Trible 的團隊發現,螞蟻寄生蟲與其宿主親屬之間的大部分遺傳差異都存在於該超基因中。「它表明,基因組單個區域的變化可以改變螞蟻在光譜中的位置,從工蟻型變為蟻后型,」布雷爾斯福德說。

Trible 認為今天的許多螞蟻社會寄生蟲都是通過這種方式產生的,並且只有隨著時間的推移,寄生蟲才成為一個獨立於宿主的物種。但拉伯林不太確定。他指出,在螞蟻中,社會寄生已經進化了大約 91 次。「我不會假設所有的社會寄生蟲都是按照相同的機制進化的。」

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