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蟻類為何要分工?與胰島素調控基因有關

2018/7/27 — 16:59

為何要分工蟻與蟻后?
Credit: Daniel Kronauer

為何要分工蟻與蟻后?
Credit: Daniel Kronauer

工蟻雖然勤力,但在蟻巢內的社會地位絕不會突然轉變,只能默默搜尋食物,照顧蟻卵、幼蟲,而蟻后則掌生死大權,不斷產卵、繁殖後代。

不過到底這種嚴格的分工到底如何產生?最新刊於《科學》的研究,正正分析了當中分子機制,發現 ILP2 基因能調控蟻類能否生育。 ILP2 是一種類似胰島素的肽,學界一直估計 ILP2 與人類胰島素相似,能調控蟻隻代謝速度。

紐約洛克菲勒大學的 Daniel Kronauer 領導是次研究,他指出生育與食物多寡有直接關係,因為營養低就無法有足夠能量負擔生育的重任。

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團隊首先了解畢氏粗角蟻 (Ooceraea Biroi) 的胰島素轉變對生育有什麼影響。畢氏粗角蟻是一種不會分蟻后與工蟻的蟻類,整個群族會同時進入生育期,然後一起照顧幼蟻,每個階段的轉變都由幼體的存在調控:如果有新生蟻出生,畢氏粗角蟻就會停止產卵,全面撫養幼蟻。

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團隊發現,當畢氏粗角蟻的幼體在撫養階段被研究人員人工移離後,成年畢氏粗角蟻體內的胰島素大幅上升;在生育期放置幼體於蟻巢中,成年蟻則減少製造胰島素,而沒有足夠 ILP2 這種肽,畢氏粗角蟻就不能生育。在另一實驗中,即使幼體存在,團隊仍為成年畢氏粗角蟻注射合成胰島素以激活卵巢。團隊發現,胰島素的增加可使成年畢氏粗角蟻無視幼體的存在續續繁殖。換言之,蟻類的胰島素釋放信號對蟻群生育有關鍵作用。

研究提供了重要線索,了解蟻類如何從獨居生物演化成社會性生物,並有高度分工。團隊認為,蟻類祖先首先演化出對幼體有反應的胰島素釋放信號,然後才出現類似畢氏粗角蟻的生殖週期。因為螞蟻要照顧後代必須優先考慮食物,而非不斷產卵,而學界此前已知道這兩個行為都受胰島素影響。

蟻類出現生殖週期後,下一個問題是:如何突破這個循環? Kronauer 提出,由於每個個體都有胰島素水平差異,較高者就可能無視幼體存在繼續產卵,而較低的因為對幼體較敏感而專注尋找食物,結果這種胰島素水平差異越來越大,最終演化出工蟻與蟻后兩個工種。

報告:
Chandra, V., Fetter-Pruneda, I., Oxley, P.R. & et al. (2018). Social regulation of insulin signaling and the evolution of eusociality in ants. Science 27 Jul 2018: Vol. 361, Issue 6400, pp. 398-402. DOI: 10.1126/science.aar5723

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