近日，浙江大学生命演化研究中心张国捷教授与中国科学院昆明动物研究所刘薇薇副研究员等，通过一项历时数年的全球合作研究，对163种蚂蚁基因组的比较分析，在国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）上发表了一项重磅研究。研究揭示了蚂蚁适应性辐射与社会性演化的遗传基础。
那么，蚂蚁是如何演化成地球上最庞大的社会系统之一？
以下内容节选自《蚂蚁帝国：地球上微小征服者的隐秘世界与非凡生活》，较原文有删节修改。
《蚂蚁帝国：地球上微小征服者的隐秘世界与非凡生活》，[德]苏珊·福伊齐克、[德]奥拉夫·弗里切 著，陈志林、郭彬彬、冉浩 译，江苏凤凰科学技术出版社2025年5月出版
蚂蚁社会有着严格的等级制度，通常由蚁后、工蚁和雄蚁等不同品级组成。蚁后在等级制度的顶端，一个蚁群有一只还是几只蚁后，这取决于具体的物种。蚁后的臣民主要由工蚁组成，相比之下，蚁群中雄蚁的数量非常少。首先，让我们来谈谈工蚁，以及是什么造成了雄蚁和工蚁之间微小但明确的差异。
变色弓背蚁带翅的蚁后(右上)、雄蚁(左上)和工蚁(下)
就人类而言，我们普遍认为个体的性别是由染色体决定的：带有两条X染色体的受精卵会发育成女孩，而带有一条X染色体和一条 Y染色体的受精卵会发育成男孩。这种机制在人类中如此普遍，以至于我们试图相信所有的动物都是如此。然而，大自然的多样性远不止于此。以鳄类为例，它们的性别由孵化时的温度来决定：如果孵化温度低于30℃，卵就会发育成雌性；如果孵化温度高于34℃，卵就会发育成雄性；而介于这两者之间的温度，则会孵化出两种性别，性别比例会随着温度的变化而变化。对于像迪士尼动画电影《海底总动员》中的尼莫这样的小丑鱼来说，性别完全取决于年龄：所有的小丑鱼一开始都是雄性，一旦它们成熟，如果群体中占主导地位的雌性死亡，它们有能力在一周内改变自己的性别。紫红短须螨主要分布在热带地区，它们的性别决定方式更为离奇：受一种细菌的影响，雄性在发育过程中会改变性别，所以这种螨的种群中几乎都是雌性。
蚂蚁的性别也不是由染色体决定的，而是取决于卵是否受精。受精卵会发育成雌蚁，而未受精卵则发育成雄蚁。这听起来很简单，但当我们仔细观察蚁群内部的关系时，就会发现它变得相当复杂。我们观察到，雌蚁与其“姐妹”的亲缘关系比它们与自己的子女或母亲（蚁后）的亲缘关系更密切。相比之下，鳄类、小丑鱼、紫红短须螨和人类在兄弟姐妹、孩子和父母之间都表现出相同程度的亲缘关系。蚁群中这种奇怪的亲缘关系解释了它们各种各样不可思议的异常行为。其中一个事实是，大多数雌蚁不生育后代，而是把繁殖任务留给蚁后。
是的，没错，的确是这样：在蚂蚁的世界里，只有蚁后才有交配的权利——即便如此，这种情况通常只会发生一次。在持续几个小时的婚飞中，蚁后通常只与一只雄蚁交配，或者更罕见的是与几只雄蚁交配，并在此过程中努力收集它一生产卵所需的所有精子。它把精子保存在卵巢之间的一个特殊的储精囊里，在那里精子可以奇迹般地存活许多年（蚁后可以活到30岁左右）。利用这些储备的精子，蚁后几乎可以让它产下的每一个卵都受精。由于受精卵只会发育成雌蚁， 因此蚁群几乎完全由雌蚁组成，分别为雌性繁殖蚁和工蚁，所有的工蚁之间为姐妹关系。 然而，不幸的是，蚁群缺少人手，所以姐妹们不得不自行管理生活。它们将蚁后刚产下的卵搬运到育儿室并悉心照料。它们喂养幼虫，以确保幼虫稳定生长。它们保持后代的清洁，并使其远离病原体。它们翻修巢穴，必要时还会再建一个新的巢穴。它们为每个成员准备食物，并根据一个虽不公平但严格组织的制度进行分配。它们保卫蚁群，抵御各种规模的攻击，必要时随时准备牺牲自己。简而言之，姐妹们做所有需要做的工作，这就是为什么我们通常不把它们称为姐妹， 而称呼它们为工蚁。
一只刚羽化的长刺切胸蚁的工蚊(左)正在帮助蚁后(右)照顾幼虫和蛹
直到今天，每只工蚁都拥有与蚁后相同的基因，但其中的许多基因已不再为工蚁所需要，变得不活跃。例如，工蚁不需要翅膀，因为它不需要离开巢穴去寻找配偶。因此，在工蚁的一生中，翅膀基因将保持不活跃状态——尽管它们潜伏在工蚁的每一个细胞中。相比之下，负责照料幼虫的基因必须比独居昆虫更早地启动，因为独居昆虫通常首先关心的是寻找食物，然后才会产下后代并照顾它们。大量的基因开关必须被翻转或调整。大自然用了数千万年的时间进行试验，淘汰了错误的尝试，发展和保留了成功的尝试，直到最后，至少在一亿年前，第一批蚂蚁——正如我们今天所认识的那样，在恐龙的脚趾间爬行。在此期间，从中又发展出超过16000种不同特征的蚂蚁物种。
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