蚁生online上线：如何决定成为要生宝宝或是做工的蚂蚁？
蚁生online上线：如何决定成为要生宝宝或是做工的蚂蚁？ 原载于泛科学
蚂蚁这种昆虫，以分工合作著称，大部分蚂蚁算是社会性昆虫。而多数品种的蚂蚁女生分为「蚁后」与「工蚁」两种角色：蚁后不工作，专职生宝宝；工蚁只会工作，没有生殖能力。
超英雄蚁人与黄蜂。图／取自 marvel
讲得更专业一点，蚂蚁分工为蚁后与工蚁的状态称作「真社会性 (eusociality)」。除了蚂蚁之外，白蚁、蜜蜂也算是真社会性的昆虫，不过历史上它们却是独立起源，与蚂蚁演化为真社会性是无关的独立结果。
由同一位母后生育，蚁后与工蚁在遗传上配备同一套 DNA，却会发育为截然不同的两种个体，显然是由于基因不同的表现所致。因此要研究影响真社会性发展的基因，必需从基因调控下手，比较蚁后与工蚁之间，在同样的基因表现上的差异。
基因本身是 DNA 序列，会先转录为 mRNA，再转译为蛋白质。为了研究基因表现差异，近年流行的一种分析方法是，搜集样本内所有 mRNA 片段，再全部定序取得「转录组 (transcriptome)」；若是定序到愈多 mRNA 片段，意谓基因量表现愈高。
今年发表的论文中，采取这个方法比较工蚁与蚁后的基因表现差异，可以发现在分析的 7 种蚂蚁中，都观察到有一个基因的表现量差异明显，那就是 insulin-like peptide 2（简称 ILP2）。[1][2]
各位大概都听过胰岛素，除了和糖尿病有关，胰岛素也影响许多发育和生理功能。蚂蚁有两个胰岛素基因，一号的功能比较不同；而这回找到的二号和其他生物差不多，本文之后就直接称作胰岛素。
左边是各种蚂蚁间的亲戚关系，右边是 7 种用于分析的蚂蚁。将生殖与不生殖个体间 ilp2 基因的表现量比较后，可以发现都是生殖的个体明显高于不生殖的个体。图／取自 ref1
胰岛素让蚂蚁当妈妈
论文分析的 7 种蚂蚁的胰岛素表现量，在会生宝宝的女生中都比较高；相反的，不生的都比较低，可见胰岛素对蚂蚁生育能力的影响，或许是普遍现象。研究团队挑选其中一种蚂蚁，毕氏粗角蚁 (Ooceraea biroi) 深入调查，这种蚂蚁比较特殊，她们没有蚁后，也没有男生，是全女生团体；而所有毕氏粗角蚁平时都是会工作的工蚁，她们会等时候到了再把肚子搞大变蚁后，接著一起用孤雌生殖生宝宝。
缺乏遗传多样性的孤雌生殖，注定死路一条？——进击の大理石纹螯虾（下）
大多数种类的蚂蚁是把工作拆开，分工为蚁后／工蚁；不过同一只毕氏粗角蚁却会经历生宝宝、育幼的循环，她们会这周当蚁后，下周就改当工蚁。
蚂蚁制造胰岛素的地方是脑袋，比较不同时期，能观察到胰岛素产量会在生宝宝的时候增加，等到不生的阶段便开始降低。神奇的是，假如把蚁巢中的宝宝移除，本来当工蚁的个体胰岛素又会开始上升，准备生宝宝。这表示毕氏粗角蚁的生殖状况，受到宝宝存在与否影响，与营养优劣没有直接关系。
毕氏粗角蚁在不同阶段，ilp2 基因的表现变化。图／取自 ref1
不过研究者也发现，营养状况仍然对生育能力有点影响。尽管没有蚁后，毕氏粗角蚁仍有些个体的体型较大、卵巢较多、生育能力更强。这款有女王属性，却又不是蚁后的女王化工蚁，英文称为「intercastes」，目前没有惯用的中文翻译，有人翻译为「中间阶级」，或许「女王工蚁」更加传神。特点是她们的胰岛素基因表现量也普遍比其他同类更高。而比较分析发现，在成长过程中较为滋润的宝宝，发育为生育能力较佳的女王工蚁的机率也比较高。
令人震惊，只差一个胰岛素基因，就足以决定蚂蚁的生殖能力！此一研究大大增进我们对真社会性的认识，非常有价值。同样值得玩味的是，论文在取得确信无疑的结果以后，笔锋一转，就开始探讨真社会性的起源与演变。
蚂蚁社会，从个体户到社会化的昆虫
蚂蚁的祖先类似胡蜂，是非社会性的个体户生物，后来才演化为现在分工为蚁后／工蚁的真社会性。可想而知，由个体／个体，演变成蚁后／工蚁的路上，一定存在半分化的阶段。
被人为涂色的毕氏粗角蚁。这种蚂蚁之前成为第一种成功被 CRISPR 基因改造的蚂蚁。图／取自 eurekalert
如今的蚂蚁，拥有蚁后是常态，所以没有蚁后的毕氏粗角蚁反而算是特例。毕氏粗角蚁的演化过程中，一度也曾经有过蚁后，后来才又失去；也就是在蚂蚁共同祖先由没有差异的个体／个体，完全分工化为蚁后／工蚁的社会化阶段后，毕氏粗角蚁随后才再度演变成，蚁后与工蚁不分化的状态。
不过论文的讨论中却把毕氏粗角蚁，类比为蚂蚁的真社会演化史上「半分化」的阶段。别出心裁的研究者用毕氏粗角蚁，蚁后／工蚁分工化完成后，却又失去分工差异的特例去类比，推测当年众家蚂蚁仍处于共同祖先，仍属于初步分化时的阶段。
蚂蚁变成真社会性的演化过程：
一开始，蚂蚁的祖先类似胡蜂，是只有欠缺差异的个体们。后来虽然仍然都是个体，却渐渐区分出比较会生，以及比较不会生的个体，于是发展出初步的真社会性；此一史上曾经经历的阶段，如今已经见不到了，论文作者才只好用毕氏粗角蚁类比。
接著则是进一步分工化：比较会生的个体，演化成只会生殖的蚁后，比较不生的个体则完全失去生育能力，形成专职工作与育幼的工蚁，达到全面分工的真社会性。只有少数如毕氏粗角蚁般的蚂蚁，又在随后的演化中失去蚁后，转变成所有成员都会轮流生育的个体，形成特殊的真社会性状态。
这是个非常重要的发现，其论文写法也很有意思。
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1. Chandra, V., Fetter-Pruneda, I., Oxley, P. R., Ritger, A. L., McKenzie, S. K., Libbrecht, R., & Kronauer, D. J. (2018). Social regulation of insulin signaling and the evolution of eusociality in ants. Science, 361(6400), 398-402.
2. A study of ants provides information on the evolution of social insects
如何用CRISPR 技术，揭开蚂蚁复杂社会行为之谜？——《科学月刊》
