首页 > 科学探索 > 动物植物 > 正文

研究发现印度跳蚁的脑部能萎缩又再生

研究发现印度跳蚁的脑部能萎缩又再生

研究发现印度跳蚁的脑部能萎缩又再生

据美国国家地理(撰文:BYTROY FARAH编译:曾柏谚):研究发现,在昆虫上前所未见的可逆变化竟出现在印度跳蚁身上!

对大多数蚁群来说,它们的社会结构相当简洁:蚁后负责产卵,而如觅食、养育幼蚁、征战等一切其他事务,则完全交由工人阶级处理。由于只有雄蚁与蚁后可以繁衍后代,其他蚂蚁则不具备生殖能力。因此一旦蚁后「六脚一蹬」,蚁群通常也随之灭亡。

不过在印度跳蚁(Indian jumping ant,又名跳镰猛蚁、跳跃掠针蚁)身上可不是这么回事。印度跳蚁是种栖息在印度东岸森林中,有着副镊子般的大颚以及一双黑色大眼的蚂蚁。在印度跳蚁的蚁群中,如果蚁后死了,工蚁(所有工蚁都是不具生殖能力的雌性)们会举办一场「胜者为后」的奇特比赛,冠军将具备产卵的能力:赢家雌蚁的卵巢开始发达,但脑部则缩水了约25%。

不过,新研究表明,蚁后也可以「脱下皇冠」复归工蚁──此时卵巢将再度萎缩,而脑部也重新生长,这在昆虫身上可是前所未见的「壮举」。

这项研究的主要作者克林特.佩尼克(Clint Penick)解释道:「在动物世界里,这种程度的可塑性─尤其是可逆的可塑性─相当独特。」该研究于4月14日发表于《皇家学会学报B刊:生物科学》(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences)。

蚂蚁游戏

佩尼克是乔治亚州肯尼索州立大学的助理教授,钻研印度跳蚁已有数年的时间。当这些印度跳蚁切换到类似蚁后的生殖模式时,科学家称呼它们为生殖工蚁(gamergates)──可别与电动玩家们的线上争议(GamerGate controversy,#GamerGate)搞混啦!「生殖工蚁」一词源于1980年代提出希腊词汇,意思是「结了婚的工蚁」(married worker);在此「gam」的发音和「ham」同韵。

每一只印度跳蚁都有生殖潜力,不过这份能力只有在赢得了蚁后死后蚁群所举办旷日废时的争霸战后,才会真正派上用场。在争霸战中场面堪比一场微型的长枪对战( jousting championship),蚂蚁们会快速转动着它们的触角来戳击对手。

蚁群中大约一半的成员都会参加这场拳击赛,赛事最高可以长达40天;而除了唯一的优胜者外,赛后大家仍维持工蚁之身。

在俄亥俄州立大学研究蚂蚁演化与化学生态学的拉切尔.亚当斯(Rachelle Adams)说,其他昆虫会透过复杂的行为来挑出优势阶级,以蜂后为例,它们就会彼此竞争生殖力。亚当斯强调:「不过在印度跳蚁的例子中,工蚁们竞争的是『生殖角色』,这真的很巧妙。」

一但生殖工蚁继任,它将会经历一连串体内变化。最明显的就是它的脑部会缩水约25%,佩尼克说:「这对脑部来说是流失了很大的质量。」研究人员也发现,这些类蚁后的生殖工蚁不仅会停止产生毒液,行为也有所改变,比如会躲避入侵者并停止一切觅食活动。

为了进一步钻研蚂蚁脑部的可塑性,并探究这些生理变化是否可逆,佩尼克与同事挑选了60只生殖工蚁,先替它们涂上特殊颜色以利区别;接着从中随机挑选30只生殖工蚁,个别独立隔离数周;另外30只则做为控制组。这些隔离措施似乎降低了类蚁后工蚁的生殖力,而当它们被放回原本的蚁群时,会立刻被其他工蚁给逮住并拘留下来。

佩尼克解释到,这个现象称为「受监管」(policed),并认为这是印度跳蚁为了防止蚁窝中出现太多生殖成员的方法:一但某只类蚁后工蚁被发现卵巢已经部分发育,其他工蚁就会在不伤及对方的状况下,用大颚架着它数个好时甚至是好几天。佩尼克说:「这就好像把那只生殖工蚁关起来一样。」

科学家推测,在这种情况下压力会诱发一连串的化学变化,让生殖工蚁在一天左右的时间内变回普通工蚁。

佩尼克说:「当我们牺牲并扫描这些工蚁的脑部时,发现它们身上的一切完全变回原样了:不仅卵巢缩水、也开始产生毒液,而脑部则长回到原本的大小。」

「完全是两回事」

脑部在尺寸与复杂度上的明显变化,在少数物种身上也曾有过纪录,好比冬眠的地松鼠蚁及部分鸟类。以白冠带鵐(white-crowned sparrows)为例,在生殖季节会新生6万8000个神经元来学习新式求偶鸣声;在冬季粮食短缺时,等量的神经细胞则会死去;直到春季再度开始下一轮循环。不过这个现象在昆虫身上可是新鲜事。

明尼苏达大学的演化生物学家埃米莉.斯内尔雷德(Emilie Snell-Red)说道:「许多昆虫在前开生理特征上也都有如此可塑性的记录,不过据我所知这种程度的『可逆』可塑性还真是闻所未闻。许多社会性昆虫在从工的一生中,脑部区域会随着不同的生活阶段的切换而改变,比如从觅食行为转变成皇后行为;不过调整挹注资源在神经上,与再把它切换回来,完全是两回事。」

亚当斯表示,像这样可逆的脑部变化也许并非如人们所想的那么罕见,我们只是还不够细心罢了:「要是我们看到更多这样的发现,我一点也不感到惊讶。」

亚当斯建议,可以多关注紫彩虹臭蚁(Australian meat ant)等拥有复数蚁后的蚂蚁物种。在这类蚂蚁中,蚁后会分工合作,某些蚁后留在蚁巢里、其他则外出觅食,也许这些蚁后在脑部尺寸与行为上也有相应的差异。

在所有物种中这类可逆可塑性的研究愈多,对于我们理解人类脑部的帮助也就愈大。佩尼克说:「在非常、非常、非常之后的下游应用,这有助于我们洞见人类脑部发育。」

比如这类研究可能是让科学家更深入理解哪些基因与神经可塑性有关,以及它们如何运作。

「有些人也许会问『为什要特别研究这个蚂蚁物种呢』。」斯内尔雷德说:「这些蚂蚁可能在演化路上偶然发现了一些有关神经可塑性的『酷机制』,而我认为我们可以从动物惊人的神经适应中学到许多东西。」

机器头条新闻 news.ji-qi.com)综合整理。

相关阅读:
长达数十年的研究发现长期压力可能会令野生狒狒折寿 “久坐不动”的狼蛛是如何分布在七大洲中的六大洲居住的呢?
近期热门