文章信息
文章題目：Adaptive radiation and social evolution of the ants
期刊：Cell
發(fā)表時間：2025 年 6 月 16 日
主要內(nèi)容：浙江大學(xué)生命演化研究中心張國捷教授，丹麥哥本哈根大學(xué) Jacobus J. Boomsma 教授，德國明斯特大學(xué) Lukas Schrader 教授，中國科學(xué)院昆明動物研究所劉薇薇副研究員合作在 Cell 雜志上發(fā)表了文章 "Adaptive radiation and social evolution of the ants"，揭開了螞蟻演化歷程及其社會系統(tǒng)演化機制的深層奧秘。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.05.030
使用TransGen產(chǎn)品：
2×EasyTaq? PCR SuperMix (+dye) (AS111)
背景介紹
人類文明在集體圍獵、語言發(fā)展及農(nóng)業(yè)革命推動下，社會組織漸趨復(fù)雜，而螞蟻早在至少 1 億年前的白堊紀便已形成復(fù)雜社會組織，在 5-6 千萬年前成為陸地生態(tài)重要力量，如今超 1.5 萬現(xiàn)生物種廣泛分布于除極地外的所有陸地生態(tài)系統(tǒng)中，總重量超過全球野生鳥類與哺乳動物之和，展現(xiàn)出較強的的演化深度與生態(tài)影響力。
文章概述
生殖分工是螞蟻社會形成的基礎(chǔ)
螞蟻社會存在繁殖品級與勞力品級兩大基本階層：繁殖品級的雌雄繁殖蟻交配后，雄蟻死亡，雌蟻成蟻后建巢，其女兒構(gòu)成勞力品級的工蟻，工蟻雖為雌性但不承擔(dān)生殖責(zé)任，部分物種中工蟻還細分出如大頭蟻兵蟻般的特化亞品級。不同螞蟻物種的社會組織差異顯著，體現(xiàn)在蟻后數(shù)量、工蟻體型分化、巢群規(guī)模及生存方式等方面。根據(jù)漢密爾頓親選擇理論推測，最古老的螞蟻社會極可能為單配制，即蟻后婚飛時與單只雄蟻單次交配，這種制度通過保證巢穴成員的高親緣關(guān)系，促使個體放棄生殖機會以照顧兄弟姐妹，為穩(wěn)定生殖分工奠定基礎(chǔ)，推動螞蟻從獨居向社會性群體演化。
品級差異和巢穴規(guī)模的增大是螞蟻社會復(fù)雜化的動力之源
螞蟻主要分為猛蟻類和正蟻類，前者蟻后與工蟻體形差異小、營小型部落式捕獵且群體合作弱，后者蟻后與工蟻體型差異顯著、巢穴規(guī)模更大并演化出群體循跡覓食行為及工蟻受精囊退化。本研究結(jié)果顯示，正蟻類物種大爆發(fā)的關(guān)鍵驅(qū)動因素是其祖先在演化加速期經(jīng)歷了蟻后與工蟻間體型和生理差異的急劇增大，基因組分析表明，正蟻類祖先中大量基因受強烈自然選擇并累積特異性變異，且更多基因在品級間呈現(xiàn)差異表達（涉及生殖、脂質(zhì)代謝、大腦發(fā)育等），為品級功能分化奠定了基礎(chǔ)。
驅(qū)動蟻后和工蟻生殖分工演化的關(guān)鍵基因和通路
親緣選擇不僅促成螞蟻個體間生殖分工的形成，還在基因?qū)用媪粝掠∮洠芯繄F隊通過比較不同分工模式螞蟻的基因組特征，發(fā)現(xiàn)保幼激素合成途徑和 MAPK 信號通路等與生長發(fā)育相關(guān)的信號傳導(dǎo)及代謝通路被重塑，這些通路協(xié)同調(diào)控個體品級決定與發(fā)育進程，其中對法老小家蟻的研究顯示，阻斷工蟻幼蟲 MAPK 通路會增大其體型，削弱蟻后-工蟻的分化程度。此外，螞蟻物種形成速率與基因組重排速率正相關(guān)，盡管其基因組重排率高于多數(shù)昆蟲，但卵黃原蛋白基因等部分基因在所有螞蟻中維持強連鎖，且此類強連鎖基因在蟻后與工蟻間差異表達并形成互作網(wǎng)絡(luò)。
驅(qū)動工蟻進一步分化的關(guān)鍵基因
伴隨著生殖分工的演變，工蟻出現(xiàn)單一型、連續(xù)型和離散型的多型分化，其中離散型多態(tài)工蟻如切葉蟻亞科龜蟻屬的兵蟻頭部特化為盾牌堵巢，工蟻負責(zé)覓食維護，這種形態(tài)是對樹棲環(huán)境的適應(yīng)；基因研究表明，工蟻多型相關(guān)基因富集于保幼激素和大腦發(fā)育功能，如 gcm 基因在大小工蟻間差異表達并促進神經(jīng)膠質(zhì)分化以產(chǎn)生特化行為。螞蟻巢穴規(guī)模的差異跨越六個數(shù)量級，從南方恐猛蟻最小僅 3 只工蟻、無明確品級分化且工蟻可通過決斗轉(zhuǎn)變?yōu)榉敝硞€體的微型巢穴，到阿根廷蟻（小麻臭蟻）單個巢穴含 1480 萬個體、以 “聯(lián)邦制” 超級巢模式沿地中海和大西洋海岸線綿延 6000 千米形成地球最大無脊椎動物社會系統(tǒng)的龐大群體，這種極端分化體現(xiàn)了不同物種的生存策略。研究表明，群體規(guī)模擴張是驅(qū)動螞蟻社會復(fù)雜度提升的核心動力—隨著巢穴規(guī)模擴大，工蟻會分化出更多亞品級，促使勞動分工更趨精細。
螞蟻社會結(jié)構(gòu)不一定總是在變復(fù)雜
螞蟻社會演化中的社會性寄生使社會結(jié)構(gòu)復(fù)雜度降低，此類寄生現(xiàn)象通常伴隨巢穴規(guī)模較小或蟻后-工蟻分化程度較低的特征，從基因?qū)用婵矗瑺I寄生生活的螞蟻物種中，工蟻特征相關(guān)基因受選擇壓力顯著降低，基因組出現(xiàn)高頻重排及基因家族丟失，尤其是在螞蟻社會交流中起關(guān)鍵作用的化學(xué)受體基因家族—例如工蟻品級丟失的黑寄鋪道蟻僅保留 90 個嗅覺受體基因，遠低于其他螞蟻平均 338 個，這可能與其無需覓食、接觸環(huán)境少而進行的基因組節(jié)能精簡相關(guān)。這說明螞蟻社會性的演化并不是只有復(fù)雜化這一條道路，復(fù)雜度的降低同樣是一種成功的生存適應(yīng)，為螞蟻帶來了新的生存策略。
社會性特征之間的協(xié)同演化導(dǎo)致了螞蟻社會結(jié)構(gòu)的多樣性
螞蟻社會演化中，除生殖分工和亞品級形成外，還演化出標記覓食路徑、交哺行為等社會性特征及種植真菌、放牧蚜蟲、劫掠、社會性寄生等多樣生存策略，這些特征以模塊化動態(tài)組合方式適應(yīng)不同環(huán)境，形成復(fù)雜度各異的社會組織，且不同特征間存在協(xié)同演化，如放牧蚜蟲并獲取蚜蟲糞便營養(yǎng)的共生現(xiàn)象，常伴隨群體循跡覓食、大巢穴和多蟻后等特征，共同推動社會組織復(fù)雜度提升；與此同時，隨著社會從單后制、小型巢穴等簡單形態(tài)向多后制、工蟻多型等復(fù)雜形態(tài)演化，基因?qū)用娉尸F(xiàn)選擇壓力動態(tài)變化，部分基因被 “強化” 以適應(yīng)新功能，另一些被 “放松” 以簡化特征，體現(xiàn)不同性狀共享基因調(diào)控基礎(chǔ)，研究發(fā)現(xiàn) 148 個基因在蟻后工蟻二型、工蟻多型等復(fù)雜特征中受協(xié)同增強選擇，其中 79 個在蟻后工蟻二型與工蟻多型中同時被強化（如發(fā)育轉(zhuǎn)錄因子 slp2 基因及與保幼激素相關(guān)的 gce、takeout 基因等）?？傮w而言，降低社會組織復(fù)雜度特征中受強烈選擇的基因，在復(fù)雜度提升特征中選擇壓力減弱，反之亦然。
螞蟻社會性演化研究示意圖
對螞蟻社會性演化的探索揭示：自然選擇在基因、性狀、個體、群體等多層級的協(xié)同作用，不僅深化了人類對演化理論的認知，更為解析其他社會性動物的演化提供了理論框架；其社會特征的形成依托核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（如生殖、覓食、代謝及激素響應(yīng)信號等）的重編程與整合，通過 “舊基因，新功能” 的策略展現(xiàn)生命演化的簡約智慧；而螞蟻在生理、行為與生態(tài)層面的適應(yīng)性演化，使其以 “超個體” 組織形式通過整體適合度提升成為地球生態(tài)中最繁盛的社會組織之一，其對生態(tài)的輻射適應(yīng)及精密資源分配策略，更彰顯出高度的生存智慧。
全式金生物產(chǎn)品支撐
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2×EasyTaq? PCR SuperMix (+dye) (AS111)
DNA擴增時，只需加入模板、引物和水，使 SuperMix 溶液的濃度為 1× 即可進行反應(yīng)。擴增產(chǎn)物可直接點樣電泳，如用于克隆，需純化去掉染料。其 PCR 產(chǎn)物不適用于聚丙烯酰胺凝膠電泳。
產(chǎn)品特點
? 減少 PCR 擴增操作時間。
? 避免因多步操作帶來的污染。
? 基因組 DNA 片段的擴增 (≤4 kb)。
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使用 2×EasyTaq? PCR SuperMix (AS111) 產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Vizueta J, Xiong Z J, Ding G, et al. Adaptive radiation and social evolution of the ants[J]. Cell, 2025.(IF 45.6)
? Liu W, Yao Q, Su X, et al. Molecular insights into Spindlin1-HBx interplay and its impact on HBV transcription from cccDNA minichromosome[J]. Nature Communications, 2023.(IF 16.60)
? Li D, Liu Y, Yi P, et al. RNA editing restricts hyperactive ciliary kinases[J]. Science, 2021.(IF 63.71)
? Wang X, Liu C, Zhang S, et al. N6-methyladenosine modification of MALAT1 promotes metastasis via reshaping nuclear speckles[J]. Developmental cell, 2021.(IF 10.09)
? Han D, Liu J, Chen C, et al. Anti-tumour immunity controlled through mRNA m6A methylation and YTHDF1 in dendritic cells[J]. Nature, 2019.(IF 43.07)
? Zhou P, Homberg J R, Fang Q, et al. Histamine-4 receptor antagonist JNJ7777120 inhibits pro-inflammatory microglia and prevents the progression of Parkinson-like pathology and behaviour in a rat model[J]. Brain, behavior, and immunity, 2019. (IF 6.306)
? Zheng G, Jiang C, Li Y, et al. TMEM43-S358L mutation enhances NF-κB-TGFβ signal cascade in arrhythmogenic right ventricular dysplasia/cardiomyopathy[J]. Protein & cell, 2019. (IF 6.228)
? Wang M, Zhang S, Zheng G, et al. Gain-of-function mutation of Card14 leads to spontaneous psoriasis-like skin inflammation through enhanced keratinocyte response to IL-17A[J]. Immunity, 2018, (IF 25.5)
