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科学家发现一种蚁后可以生下不同物种的雄蚁,为什么会这样?这一发现意味着什么?

liisu
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    这个事情,如果发生在人类身上,简直想都不敢想。

    先简单说一下,这种雌性蚂蚁所做的事情:

    蚁后会跨物种交配,直接用异种精子在体内批量克隆出异种雄蚁。后与一代代的克隆雄性交配,生出一代代的杂交不育打工耗材——工蚁。

    且这些克隆雄性,无法再与原种雌性交配,只能永远作为它的第三者,充当交配打工人,一直到死。

    啧啧……隔壁老王成了工具人。

    生的一群小王也是工具人,再生的一群不育杂合后代还是工具人。

    以上过程,还完全不会影响它与种内雄性的交配繁殖。

    异种雄性在它种群内,成了一代代的繁殖耗材。

    这能力简直比异形还异形。

    研究者直接表示,这简直就是「性驯化 sexual domestication」[1]

    异种交配(interspecific mating)对于人类来说,听起来都逆天,但其实对于一些种类的蚂蚁来说,却是家常便饭[2]

    甚至,不同种的蚂蚁交配,可能诞生全新的蚁种。

    例如,有研究者曾发现,北方林蚁(formica aquilonia)和红褐林蚁 (Formica polyctena)杂交产生了全新的林蚁物种[3]

    这如果发生在人身上,不亚于上世纪前苏联搞的人猿杂交。

    但实际情况,却复杂得多。

    红褐林蚁 (Formica polyctena)

    当然,并非不同种蚂蚁之间没有生殖隔离。

    它们之间的异种交配,通常也会导致不育和生育力降低。

    但蚂蚁特殊的社会结构和单倍二倍性(haplodiploidy)[4],给异种交配的发展提供了可能。

    单倍二倍性,也即蚂蚁、蜜蜂、黄蜂等膜翅目昆虫,都存在的雌雄两性染色体组数差异的遗传现象。

    一般来说,二倍体的受精卵发育为雌性,其中可育的为王后,不可育的为工蚁/蜂。

    未受精的单倍体,则发育为雄性。

    这样的情况下,即便雌性进行异种交配,也可以不影响它们同种雄性后代的产生。

    它只是自己分一半的基因出来,发展成雄性,所以基因并不会污染。即便偶然发生基因杂合,也会因为基因差异过大,出现杂交不兼容而无法存活。这本质上是因为单条基因容错率低,出现致命错误,便无法弥补。

    相反,二倍体因为存在互补的等位基因,即便一条出现致命错误,还可能被第二条弥补。因此异种杂合后代的存活情况,明显提升。

    虽然异种杂合后代往往是不育的,但因为蚁群中本身就需要不育的工蚁存在,这就为这些杂合不育后代,提供了存在的条件。

    正是因为这些原因,在蚁类、蜂类中,异种交配现象并不算十分罕见。

    但像刚才提到的北方林蚁和红褐林蚁产生的全新蚁种,同样非常的特殊。

    这个新蚁种存在两个遗传群体,它们的蚁后和工蚁都是杂合的。

    但同时,两个遗传群体各自对应的雄性基因却维持不变,还是过去北方林蚁和红褐林蚁雄性的基因。

    新蚁种的两组杂交群体,两组中间的为雌性,两头的为雄性。

    也就是说两个种群结合以后,产生了两种全新的雌性,而两种雄性维持不变,分别与不同的两种雌性进行交配繁衍。其中两种雌性,也可以分别孤雌生殖,诞生不断地雄性后代。

    当然,这样借种,互相把自己基因都改变了的,还是很罕见的。

    更多的是单纯借种,并不改变自己的基因。

    这种雌性利用异种雄性的精子,但不让雄性遗传物质真正整合进后代基因组,或者仅用于刺激卵子发育的现象,又被称为精子寄生(sperm parasitism)。

    例如,多种收获蚁、火蚁、沙蚁/箭蚁都能通过精子寄生,借种繁殖。

    它们在繁殖的过程中,并不会改变自身遗传体系的雌、雄基因,但不参与繁殖的一些工蚁却是杂交产生的。

    本次研究的主角伊比利亚收获蚁(Messor ibericus),正是一种能异种繁殖的收获蚁。

    研究人员早就知道伊比利亚收获蚁能异种繁殖,借种对象正是工匠收获蚁(Messor structor)。

    虽然都属于收获蚁,但它们的亲缘关系长达500万年。

    伊比利亚收获蚁种群内的杂交工蚁

    但研究人员一次意外发现,在工匠收获蚁完全不存在的区域,足足相差了1000公里,依旧发现了两种蚂蚁的杂交工蚁后代。

    多种收获蚁的基因谱系 与 伊比利亚收获蚁(紫色)/工匠收获蚁(棕色)分布

    通常情况下蚂蚁的精子寄生(sperm parasitism),只会产下杂交后代。

    但伊比利亚收获蚁却打破这样的常规:

    它们一次与工匠收获蚁雄性交配,储存的精子不仅可以受精卵子,产下不育的杂合工蚁,还可以直接利用这些精子克隆出异种雄性后代。

    而这个过程,并不影响它们自身种群内单倍体雄性的产生。

    因此,但伊比利亚收获蚁种群内,两种雄蚁可以共存。

    伊比利亚收获蚁种群内的两种雄蚁,左为同种

    其中,同种雄蚁负责,王后、同种雄蚁的传宗接代。

    而异种雄蚁则负责,杂交工蚁、异种雄蚁的不断产生,妥妥的工具人属性。

    异种雄性的比例略高,可以达到56%。

    这样,只需要早期王后的一次交配,整个伊比利亚收获蚁内,便可以长期存在异种雄性老王,一代代的充当工具人,不断一代代的产生杂交打工人。

    在自然界,通常只有卵子/未受精卵发育成后代,雄核发育(androgenesis)情况非常罕见。伊比利亚收获蚁蚁后,体内不仅完成了雄核发育,而且还是异种精子。

    由于异种雄性的线粒体来自王后,因此极有可能是,王后通过将自身未受精卵的核清除,让异种精子的核进入,单独发展为雄蚁。

    这个过程和克隆原理是完全相同的。

    工匠收获蚁的这种克隆型雄性(e),与野生型(d)在形态上具有略微的差异。

    a 两种收获蚁的繁殖方式 VS b 伊比利亚收获蚁的克隆异种繁殖(大-王后;小-雄蚁;无翅-工蚁)

    自然法则是适者生存。

    或许伊比利亚收获蚁的祖先,偶然间与工匠收获蚁雄性交配产生的杂交工蚁后代,与同种工蚁获得了相当、甚至略好的优势,从而可以在种群内稳定存在。

    由于这部分工蚁稳定存在后,承担了重要的社会工作,因此新的种群需要不断异种交配来产生这些工蚁。

    与不同物种的不同蜂群中的雄性交配,无异于增加了王后的繁殖成本。

    当王后掌握直接克隆异种雄性的能力后,便完全不再需要野生异种雄性。即便远在千公里之外,也可以通过不断繁殖出来的一代代克隆异种雄性,来不断提供杂交打工蚁。

    当然,这样的演化依旧是无比罕见的奇迹。

    伊比利亚收获蚁是迄今为止,唯一发现的,种群发展稳定依赖克隆异种雄性的物种。其它物种的类似现象(一些雌雄同体针叶树种和蛤蜊),只出现过偶然发生的非必要情况。

    虽然老王成了工具,但女王也再也离不开了老王。

    虽然自然界的两性法则,对人类来说,总是有难以令人置信的现象。

    但万变不离其宗。

    参考

    1. ^Juvé, Y., Lutrat, C., Ha, A. et al. One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09425-w
    2. ^Umphrey, Gary J. "Sperm parasitism in ants: selection for interspecific mating and hybridization."Ecology 87.9 (2006): 2148-2159.
    3. ^Beresford, J., et al. "Widespread hybridization within mound‐building wood ants in Southern Finland results in cytonuclear mismatches and potential for sex‐specific hybrid breakdown." Molecular Ecology 26.15 (2017): 4013-4026.
    4. ^Gardner, Andy, Joao Alpedrinha, and Stuart A. West. "Haplodiploidy and the evolution of eusociality: split sex ratios." The American Naturalist 179.2 (2012): 240-256.

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    瞻云

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