研究：单基因驱动蚂蚁女王的生殖皇室的进化上升

所有的蚂蚁都被认为是真社会性的昆虫，群体中的大多数个体蚂蚁都有自己的生殖潜力来支持产卵女王。根据发表在“科学”杂志上的一项新研究，这种行为是通过胰岛素信号传导和胰岛素样肽2(ilp2)基因的表达来调节的。

当蚂蚁的共同祖先在繁殖和育雏阶段之间交替时，人们认为社会蚂蚁常见的严格生殖角色反映了祖先的社会生命周期。

最终，这种循环生殖行为适应了今天所见的有卵母细胞和育种工作者的固定角色。

然而，社会性及其遗传基础的起源仍然不明确，留下了关于什么允许女王产卵但是阻止工人这样做的公开问题。

“我们想知道：是什么让女王产蛋和工人无菌?”洛克菲勒大学教授Daniel Kronauer说，该研究的共同主要作者。

Kronauer教授及其同事首先研究了来自不同物种的繁殖和非繁殖蚂蚁之间基因表达的差异。

他们发现ilp2基因 - 编码肽ILP2，胰岛素的蚂蚁版本 - 在复制者中始终被上调。

“生殖与食物摄入之间存在直接联系：如果营养状况非常低，你就无法生育后代，”Kronauer教授说。

接下来，研究小组研究了胰岛素在克隆掠食者蚂蚁Ooceraea biroi中的作用。

这个物种缺乏明显的女王和工人;所有蚂蚁同时进入繁殖阶段，然后是育雏阶段，昆虫培育幼崽。

阶段之间的过渡由幼虫的存在来调节：当新生儿出现时，蚂蚁停止繁殖并转变为照顾模式。

当研究作者在育雏阶段去除幼虫时，成人胰岛素产量大幅增加;当它们在繁殖期引入幼虫时，胰岛素产生减少。

这些结果表明幼虫的存在抑制了胰岛素的产生;如果没有足够水平的这种肽，蚂蚁就无法繁殖。

在另一项实验中，科学家们在育雏期间给蚂蚁注射了合成胰岛素，导致卵巢激活 - 即使是附近有幼虫。

这一结果表明，胰岛素升高的蚂蚁可以在任何时候覆盖幼虫线索并繁殖。

“在育雏阶段，幼虫的存在通常会降低成人的胰岛素 - 所以他们的卵巢会关闭，他们会照顾幼虫。但是，如果你通过实验注射胰岛素，你就可以打破这种循环，“洛克菲勒大学研究生，联合主要作者维克拉姆钱德拉说。

该研究提供了关于蚂蚁如何从孤独的生物进化为具有专门种姓的社会物种的线索。

“首先，胰岛素信号传导对幼虫的存在产生了反应，导致生殖周期让人联想到在Ooceraea biroi中观察到的那些，”Kronauer教授说。

“这种适应性很有道理，因为照顾后代的蚂蚁必须优先考虑食物发现而不是产蛋 - 这两种行为都被胰岛素调节。”

“在这个进化阶段之后，问题就变成了：蚂蚁如何突破这个循环?”

“由于个体差异，一些蚂蚁会有自然高水平的胰岛素，而其他蚂蚁的水平会很低，”他说。

值得注意的是，研究人员在Ooceraea biroi中确切地观察到了这种变异。

“高胰岛素个体，如胰岛素注射的蚂蚁，将能够超越幼虫的线索并持续繁殖，而低胰岛素个体对幼虫的存在非常敏感，因此更有可能专注于育雏护理，”Kronauer教授说过。

“一旦你在殖民地中出现这种不对称性，并且群体表现良好，选择将使胰岛素水平进一步分开。”

“最终的结果将是两个蚂蚁 - 工人和女王。”