螞蟻 皇族養成記

文/陳昱慈 |2021.09.20
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蹲在地上看忙碌的螞蟻,相信是很多人共同的童年回憶,在螞蟻整齊的行軍隊伍中,不時可以看到彷彿「大頭大頭,下雨不愁」童謠最佳代言人的「兵蟻」,就像小客車車隊中的坦克一樣神氣又吸睛。其實,螞蟻的工蟻和兵蟻是同一個媽生的親姐妹,但是兵蟻不論頭還是身體都比工蟻大好幾倍。天啊,這是先天基因不公平,還是後天補給造成的? 圖/BOB
蹲在地上看忙碌的螞蟻,相信是很多人共同的童年回憶,在螞蟻整齊的行軍隊伍中,不時可以看到彷彿「大頭大頭,下雨不愁」童謠最佳代言人的「兵蟻」,就像小客車車隊中的坦克一樣神氣又吸睛。其實,螞蟻的工蟻和兵蟻是同一個媽生的親姐妹,但是兵蟻不論頭還是身體都比工蟻大好幾倍。天啊,這是先天基因不公平,還是後天補給造成的? 圖/BOB

文/陳昱慈

蹲在地上看忙碌的螞蟻,相信是很多人共同的童年回憶,在螞蟻整齊的行軍隊伍中,不時可以看到彷彿「大頭大頭,下雨不愁」童謠最佳代言人的「兵蟻」,就像小客車車隊中的坦克一樣神氣又吸睛。其實,螞蟻的工蟻和兵蟻是同一個媽生的親姐妹,但是兵蟻不論頭還是身體都比工蟻大好幾倍。天啊,這是先天基因不公平,還是後天補給造成的?

「真社會性」昆蟲的階級分化一直是令生物學家著迷的題目,2018 年一篇關於大頭家蟻屬(Pheidole)的論文,讓我們得以一窺,兒時的飲食以及器官如何調節螞蟻幼蟲的發育和分化。

兵蟻、工蟻 差在翅盤



除了屬於繁殖階級的蟻后,大頭家蟻的工蟻階級再度分化為體型懸殊的「小工蟻」和「兵蟻」。小工蟻身手矯捷,負責搬運和照顧幼兒等大部分的打雜工作;兵蟻有碩大的頭殼和大顎,裡面長滿了肌肉,可以有效地磨碎種子,還可以保衛家園,因此平時蟻群會保持約90%小工蟻和10%兵蟻的最佳比例,利於分工合作。

大頭家蟻的發育過程有一個很奇怪的地方,註定成為工蟻的幼蟲缺乏「翅盤」(會長成翅膀的盤狀幹細胞),兵蟻幼蟲則有一對翅盤,而且翅盤出現時間很短暫。照理來說兵蟻的翅膀已經退化,為什麼幼蟲會長出翅盤呢?

實驗團隊測試翅盤對兵蟻發育的重要性,把兵蟻幼蟲一邊的翅盤燒掉,發現失去翅盤的成蟲體型會縮水,最後變成介於兵蟻和小工蟻之間的體型,顯示已經退化的翅盤在發育過程中開啟了一些兵蟻分化*必要的生理路徑。

保幼激素 刺激翅盤



蟻群到底是怎麼保持工蟻和兵蟻數量的最佳比例呢?原來有兩個化學因素會影響螞蟻階級分化,第一個是保幼激素,會刺激翅盤的成長。小時候飲食營養最好的公主,體內的保幼激素濃度最高,最後會長成蟻后;營養含量中等,會造成中等的保幼激素濃度和兵蟻分化;營養價值最低的飲食,則會造成最低的保幼激素濃度和工蟻分化。

兵蟻抑制 維持數量



第二個是兵蟻抑制費洛蒙(soldier-

inhibiting pheromone),這是一種兵蟻外骨骼角質層分泌的化合物,會抑制兵蟻的分化,是蟻群維持「工蟻:兵蟻」數量比例的自然回饋機制。科學家發現如果將幼蟲交給一群,完全由兵蟻組成的姐姐養育,這些幼蟲的翅盤會變小,長成的成蟲體型也縮水了;如果讓幼蟲暴露在兵蟻角質層萃取物中,不需要和活的兵蟻接觸,也有相似的效果。

短暫出現的退化器官在生物發育其實很常見,然而這些器官的作用常常讓科學家摸不著頭緒。藉由這篇研究我們可以發現,退化器官很可能具備了儲存祖先古老分子的訊息功能,為發育的重點時期提供更豐富的調控潛力。

*編註:發育生物學中,細胞經過生長,變成/形成各種不同功用的器官或組織,稱為「分化」。

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