近日啄寡，深圳華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所、丹麥哥本哈根大學(xué)等單位首次使用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)哩照，構(gòu)建了螞蟻四種不同品級(jí)的大腦細(xì)胞圖譜挺物，揭示了螞蟻伴隨著社會(huì)分工而出現(xiàn)的腦部特異化現(xiàn)象和不同社會(huì)品級(jí)行為模式差異的神經(jīng)基礎(chǔ)，展現(xiàn)了蟻后成熟過程中大腦的可塑性變化飘弧，并找到了調(diào)節(jié)其生殖力和壽命的關(guān)鍵細(xì)胞類群识藤。相關(guān)研究成果于2022年6月16日在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·生態(tài)與演化》上發(fā)表。

研究團(tuán)隊(duì)選用了社會(huì)性昆蟲研究的模式物種——法老蟻（M. pharaonis）作為研究對(duì)象次伶，基于華大DNBelab C4單細(xì)胞建庫測(cè)序平臺(tái)痴昧，分析了900多個(gè)來自4種不同品級(jí)的法老蟻的大腦，構(gòu)建了覆蓋法老蟻社會(huì)中全部成體形態(tài)的大腦細(xì)胞圖譜冠王，并將其劃分出43種不同的細(xì)胞類群赶撰。

本研究中M. pharaonis的原始測(cè)序數(shù)據(jù)已存儲(chǔ)于國家基因庫生命大數(shù)據(jù)平臺(tái)（CNGBdb），項(xiàng)目編號(hào)為：CNP0001472柱彻。

螞蟻是億萬年生存斗爭(zhēng)中的佼佼者扣囊，其在地球上存活了1.4億年，曾與恐龍共存绒疗，比人類的歷史久遠(yuǎn)得多侵歇。科學(xué)家曾統(tǒng)計(jì)吓蘑，如果把全世界所有螞蟻放在一起稱重惕虑，總重量與全球所有人類總重量相當(dāng)。

然而磨镶，與人類不同的是溃蔫，螞蟻不能單獨(dú)生存，而必須作為蟻群的一份子琳猫。螞蟻在演化上的成功與其高度社會(huì)化緊密相關(guān)伟叛。一個(gè)成熟的螞蟻帝國中，至少存在4種不同形態(tài)的分工類型脐嫂，分別為：工蟻统刮、雄蟻、處女繁殖蟻和蟻后账千。

工蟻一般卵巢完全退化侥蒙，終身從事育幼、覓食等工作匀奏，沒有繁殖能力鞭衩。雄蟻活著只有一個(gè)目標(biāo)，離開巢穴找到心儀的蟻后進(jìn)行交配，交配后很快生命就結(jié)束了论衍。處女繁殖蟻成功交配后成為蟻后瑞佩，蟻后長期待在巢內(nèi)，專職產(chǎn)卵坯台，獲得后位的她壽命還會(huì)顯著延長炬丸；而錯(cuò)過交配窗口期的處女繁殖蟻，其行為會(huì)逐漸偏向工蟻捂人，從事部分育幼及覓食工作，而且卵巢也會(huì)逐漸萎縮矢沿。

主要研究結(jié)果

此次研究選用的法老蟻是一種橙黃色小型螞蟻滥搭，在世界上廣泛分布，也是一種公認(rèn)的室內(nèi)害蟲捣鲸。

通過分析4種不同品級(jí)的法老蟻的大腦瑟匆，研究人員發(fā)現(xiàn)，工蟻與雄蟻的大腦是極度特異化的栽惶。其中負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)記憶的高級(jí)大腦中樞蘑菇體細(xì)胞和負(fù)責(zé)處理氣味信息的細(xì)胞在工蟻大腦里含量極高愁溜，而負(fù)責(zé)處理視覺信息的視葉細(xì)胞在工蟻大腦里的含量則很低。雄蟻大腦的細(xì)胞組成趨勢(shì)則相反外厂，視葉細(xì)胞含量很高冕象，而蘑菇體細(xì)胞和處理嗅覺信息的細(xì)胞含量則非常低。處女繁殖蟻和蟻后的大腦細(xì)胞類型則相對(duì)“正持”渐扮。

“這意味著工蟻是更傾向于嗅覺感知的動(dòng)物，而雄蟻則更依賴視覺掖棉，這可能與其要依靠視力尋找合適的交配對(duì)象有關(guān)墓律。”論文第一作者幔亥、深圳華大生命科學(xué)研究院李啟業(yè)研究員介紹說耻讽，“蟻群內(nèi)部伴隨著不同的社會(huì)分工出現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成的大腦，這些就像是為了完成特定的工作帕棉，而專門設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)大腦针肥。”

“而在整體層面香伴，不同品級(jí)的螞蟻大腦有不同方向和程度的特異化祖驱，彼此之間又功能互補(bǔ)，這使得蟻群成為一個(gè)真正意義上的‘超個(gè)體’瞒窒，能夠同時(shí)行使生殖捺僻、育幼、覓食、防御等全面的功能匕坯∈牵”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所劉薇薇副研究員補(bǔ)充道葛峻。

自然界中具有社會(huì)行為的動(dòng)物很多锹雏，但能稱為“超個(gè)體”的動(dòng)物并不多，螞蟻便是其中之一术奖。螞蟻中的工蟻不能繁殖礁遵，作為一個(gè)生命來說并不完整。蟻后雖然有繁殖能力采记，卻往往生活不能自理佣耐，需要工蟻照顧。只有把這一窩螞蟻湊成一個(gè)整體唧龄，它作為一個(gè)生物的所有生理機(jī)能才能齊全兼砖。

該研究還有一些有意思的發(fā)現(xiàn)。比如既棺，研究團(tuán)隊(duì)將處女繁殖蟻與成熟蟻后的大腦進(jìn)行比較讽挟，發(fā)現(xiàn)它們大腦細(xì)胞的組成發(fā)生了明顯的變化。其中丸冕，視葉細(xì)胞的含量在蟻后大腦中明顯降低耽梅，這與蟻后長期適應(yīng)黑暗的巢內(nèi)環(huán)境相關(guān)；而多巴胺細(xì)胞以及一類具有神經(jīng)保護(hù)功能的膠質(zhì)細(xì)胞的含量則在蟻后大腦中顯著增加胖烛。這些大腦細(xì)胞類群的變化以及神經(jīng)環(huán)路的重塑褐墅，或許決定了蟻后生殖功能的極度提升以及壽命的顯著延長。這也為其他動(dòng)物長壽的研究提供了可能的方向洪己。

此外妥凳，研究團(tuán)隊(duì)通過比較法老蟻和果蠅的大腦細(xì)胞組成的差異發(fā)現(xiàn)，比起果蠅答捕，法老蟻中負(fù)責(zé)高級(jí)認(rèn)知功能的蘑菇體細(xì)胞的含量更高逝钥，其功能也發(fā)生了明顯的多樣性分化。另外拱镐，盡管法老蟻與果蠅在演化歷史上已分開了數(shù)億年艘款，研究發(fā)現(xiàn)它們大腦中仍然有很多種類的細(xì)胞保持著同樣的分子特征，行使著相似的功能沃琅。

該項(xiàng)研究成果基于華大DNBelab C4單細(xì)胞建庫測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行哗咆，論文共同通訊作者、深圳華大生命科學(xué)研究院劉傳宇研究員表示：“本研究讓我們更好地理解螞蟻腦部特征與其社會(huì)性的關(guān)系益眉。隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步晌柬，未來姥份，單細(xì)胞技術(shù)將會(huì)被應(yīng)用到更多的生物學(xué)研究中，助力人類對(duì)生命的解析年碘〕呵福”

論文共同通訊作者，現(xiàn)任浙江大學(xué)求是講席教授屿衅、生命演化研究中心主任張國捷教授指出埃难，這項(xiàng)工作提示了大腦的特異化是螞蟻不同品級(jí)展現(xiàn)出社會(huì)分工和行為差異的基礎(chǔ)。他總結(jié)道涤久，這些彼此之間既有差異但又功能互補(bǔ)的大腦涡尘，支撐蟻群成為一個(gè)真正意義上的“超個(gè)體”。因此响迂，自然選擇作用也上升到了一個(gè)更高的組織層次考抄，使得螞蟻在1.4億年的生存競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)，演化成為地球上極度優(yōu)勢(shì)的動(dòng)物類群栓拜。

參考文獻(xiàn)：

Li, Q., Wang, M., Zhang, P. et al. A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism. Nat Ecol Evol ?(2022).?

https://doi.org/10.1038/s41559-022-01784-1

信息及圖片來源：“測(cè)序中國”公眾號(hào)