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研究发现切叶蚁种群只有雌性蚂蚁

All-Female Ant Species Found
只有雌性的蚂蚁种类被发现


一项新的研究发现:切叶蚁的种群当中只有雌性蚂蚁,不靠任何形式的有性繁殖。该种类的蚂蚁已经发展到只有蚁后克隆复制自己。


只有雌性蚂蚁的切叶蚁种群


April 17, 2009—Save the males? Too late for Mycocepurus smithii (pictured).

This leaf-cutter ant species is all female and thrives without sex of any kind—ever—according to a new study. The ants have evolved to reproduce only when queens clone themselves.

"They appear to have evolved a new mode of reproduction, and the genetic mechanisms have yet to be worked out," said lead study author Anna Himler, a research associate at the University of Arizona.

In M. smithii the typical muscular reproductive organ of female ants has evolved into a "sort of a ghost of an organ at this point," Himler added.

No male of the species has ever been found, and "even if a male were theoretically to appear somewhere, we're not sure they could mate any more," she said.

Other ants, such as fire ants, that can reproduce asexually have working sexual organs, just in case.

M. smithii also has an idiosyncratic arrangement for that other apparent necessity: food. The ants, which range from northern Mexico to Argentina, are in a codependent relationship with a specific fungus.

"The fungus garden is quite wimpy," Himler said. "If you remove the ants, the gardens will quickly die."

The ants keep the gardens weeded, and they "feed" the fungus leaf bits, insect carcasses, and feces, which the ants clean and cut up before offering to the fungus. In return, the fungus provides the sole source of food for the ants' babies.
昆虫女儿国:亚马逊蚂蚁不需要雄性也能繁殖

曾经有极端女权主义者这样强调:女人需要男人,就好比鱼需要自行车一样。她的这个话,在一定范围内居然是对的———动物界确实有很多雌性动物不需要“男人”,自力更生搞定了传宗接代这件事。当然,在大多数时间里,它们还是会和雄性交配,进行有性繁殖。不过,近日科学家们惊讶地发现了一种动物,它们是偶有性别的动物,可其种群中完全没有雄性的存在。这种动物是亚马孙河流域的一种蚂蚁。

  繁殖基本靠“克隆”

  近日,美国亚历桑那大学希姆勒(Anna Himler)领导的研究小组宣布,在亚马孙河流域发现了一种蚂蚁,它们的社群全由雌性组成,而且拒绝任何性行为。那么,在这个蚂蚁女儿国里,它们怎么繁殖后代呢?答案是“克隆”。每一窝里的工蚁和兵蚁都是蚁后“不走样的Copy”。这是世界上发现的第一种完全依赖“孤雌生殖”的有性动物。这份报告刊登在英国权威学术杂志《皇家学报B刊》(Proceedings of the Royal Society B)上。

  这种蚂蚁只在亚马孙流域发现,而且相当稀少。它的学名叫Mycocepurus smithii,科学家们又把它叫做“亚马孙蚁”,这个名称既指它们是在亚马孙流域被发现的,也指它们就像希腊传说中的“亚马孙部落”一样只有“女性”。

  这群蚂蚁和著名的“切叶蚁”一样,也是伟大的农夫。它们都培育真菌,整个家族就靠真菌养活。雄性的蚂蚁在大多数蚁群中都不劳动,所以雄性对“亚马孙蚁”的劳动没有什么影响。

  这个研究小组设计了一系列实验,通过研究这种蚂蚁的DNA,发现一窝里的蚂蚁都是蚁后的克隆体。通过研究这种蚂蚁,科学家们有了更令人惊异的发现:那些雌性蚂蚁想要过性生活都过不了,因为它们的生殖器的一个重要的部分已经退化了,只能用来生殖,不能用来交配。科学家在巴拿马、圭亚那、秘鲁、阿根廷进行了田野考察,但没有找到一只雄性。

  农业强蚁生殖奇特

  很多种昆虫都可以进行孤雌生殖,但是这些昆虫都有雄性,而且它们还是可以进行有性生殖的。在蚂蚁中,孤雌生殖的情况也并不多见。

  希姆勒解释说,社会性昆虫———包括蜂、蚁和白蚁可以用多种方式进行繁殖,包括有性生殖和孤雌生殖,但是这种“亚马孙蚁”与它们都不一样。科学家们现在还无法说清这种蚂蚁为什么会演化出“全雌性”的性状,他们可以肯定这种蚂蚁来源于有性繁殖的祖先,但不能说清楚“无性”的演化发生在什么时间。

  希姆勒表示,无性生殖自有它的好处:第一,它可以省去择偶和交配所需要耗费的能量;第二,它生下的都是雌性,所以雌性个体数量比有性生殖要多一倍,而和有可能“找不着对象”的雄性不同,雌性都是可以繁殖后代的。

  但无性生殖也要付出沉重的代价。瑞士洛桑大学的社会性昆虫专家凯勒(Laurent Keller)表示,有性生殖所带来的基因多样性对控制寄生虫和疾病有着重要意义。在一个克隆蚁组成的家族中,如果一只蚂蚁染上了一种寄生虫,那么所有蚂蚁都受到威胁。如果是在有性生殖构成的蚁群里,因为蚂蚁的基因多样性,寄生虫可能不会扩散。

  希姆勒表示,“亚马孙蚁”开始吸引她的原因并不是它们奇特的生殖方式,而是它们出类拔萃的“农业生产能力”。蚂蚁在人类出现之前8000万年就已经开始种“粮食”了,“亚马孙蚁”会收集泥土种植真菌,甚至会拖来死虫子作为肥料。

  “亚马孙蚁”的“农业生产能力”是非常出众的,它们可以种植出最多的余粮。通过研究“亚马孙蚁”的农业生产,科学家们竟然无意中发现它们“克隆”的生殖方式。希姆勒表示,现在他们的研究重点已经转到了“亚马孙蚁”非同寻常的生殖方式上,还无法预料他们将得出怎样的结论。虽然亚马孙蚁的演化机制还是个谜,但肯定和蚂蚁独特的生殖方式有关。

  蚁后成功很“惊险”

  在一个蚂蚁巢中,只有一只蚂蚁能够繁殖后代,它就叫“蚁后”。蚁后的繁殖记录由南美洲和中美洲的切叶蚁创造。其中的每只蚁后能够产生多达1.5亿只工蚁,在任何给定时间内都有200万-300万只工蚁存活。但是,蚁后的成功之路充满了磨难。每种蚂蚁在一年中都有一个“婚飞”季节,成千上万的长翅膀会飞的蚂蚁从窝里爬出来。其中既有雄蚁也有雌蚁。绝大多数雌蚁在没有交配前就被鸟类、螳螂、蜻蜓、蟾蜍、蝙蝠等天敌吃掉了———当然,雄蚁的情况也是如此。因此只有极少数幸运的雄蚁和雌蚁能够成功交配。雄蚁在几天内就会死去,它们不会在未来的蚁群中起任何作用。而雌蚁在交配之后会脱落翅膀,自己挖一个巢穴,开始下卵。等卵孵出工蚁,雌蚁就成了“蚁后”,之后只需要生孩子,不需要再干活了。

  蚁后会下两种卵,受精卵和未受精卵。受精卵会孵化出工蚁,而未受精卵会孵化出雄蚁。未受精卵只拥有蚁后一半的基因,所以孵化出来的雄蚁只有蚁后一半的基因,生物学上管这个叫“单倍体”。所谓“工蚁”,实际上是没有生育能力的雌蚁。那么,是什么让一只雌蚁变成生殖蚁,而另一只变成工蚁呢?这和所处巢室的温度、摄取的营养都有关系,而更重要的原因是蚁后的“压迫”。健康的蚁后会分泌出一种物质,抑制工蚁发育成有生殖能力的雌蚁。

  基因决定蚂蚁社会

  既然工蚁都具有成为正常“女性”的潜质,那么为什么不自己生孩子,倒是一心一意抚养蚁后的孩子呢?这个问题曾经困扰过达尔文,这么“人不为己”的生物为什么没有“天诛地灭”呢?为了挽救“自然选择”的理论,达尔文引入了自然选择在整个家族而不是在单个生物体水平上起作用的观点。最终,现代基因学解决了这个难题。

  前面已经说过,雄性蚂蚁是未受精卵发育来的,所以体内只有一组染色体;而雌性蚂蚁是由受精卵发育来的,体内有两组染色体。好吧,下面我们做数学题:如果一只工蚁和一只雄蚁交配生育后代,那么经过基因混和,后代拥有这只工蚁1/2的基因;而她和姐妹们分享3/4的基因,所以从传承基因的角度来看,还是抚养蚁后的子女,也就是自己的姐妹更合算。而这种策略的关键在于蚂蚁的雄性是单倍体,如果是正常的二倍体,比如人类,那么一个个体和姐妹分享的基因只有1/2,抚养它们并不比抚养自己的子女合算。

  如此这般,蚁后才能拥有至高无上的权力。它可以剥夺女儿们的生育权,让它们为自己工作。它甚至可以通过是否让卵受精操纵后代雌雄的比例,甚至决定它们的生死。所以,母亲演化出“克隆”的本事,完全踢掉雄性这种情况在蚂蚁中出现,也是顺理成章。凯勒也表示,社会性昆虫更适合演化出这种“全雌性”的群体。确实,蚂蚁在这方面得天独厚。

  ■ 延伸

  蜂蚁本是“一家人”

  蜜蜂、蚂蚁是两类最引人注目的社会性昆虫。昆虫学家把蜂和蚁都归于“膜翅目”。大多数的蜂类都长着像透明薄膜一样的翅膀,大多数具有生殖功能的蚂蚁也长着这样的翅膀,只不过雄蚁通常在交配后就死去,而蚁后在交配后掘洞做巢时翅膀就会脱落。根据研究,“蜂”和“蚁”虽然一个天上,一个地下,但它们拥有一个共同祖先,甚至难分彼此。比如有一种没有翅膀的黄蜂长得就很像蚂蚁。从演化的角度来说,蚂蚁的社会要比蜜蜂的社会复杂得多。蚂蚁分化出了专门的兵蚁专门用于防卫,还有工蚁专门劳动,甚至会有好几种大小不同的工蚁完成不同的任务,比如专门到森林里切叶子的,专门在巢里培育真菌的,专门负责喂养未成年蚂蚁的。而且蚂蚁还会种植食物,这比只会采集的蜂类也“高级”了很多。通过研究相对原始的蜂类,可以理解社会昆虫的演化史。多数的蜂类都独来独往,但有的蜂类,比如一些黄蜂组成松散的“集体宿舍”,住在一起共同防御敌人。更高等的黄蜂的巢中会有一个“母亲”,其他的黄蜂都是它的子女,协助它捕食和照顾它的子女。而高度进化的蜜蜂家族里的“母亲”成了不用劳动,只需要产卵的蜂后,工作完全由工蜂完成。
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