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蚂蚁为什么能单干明确?科学家揭示蚂蚁不同等级间的脑特化情景
发布日期:2022-06-18 16:44    点击次数:127

蚂蚁为什么能单干明确?科学家揭示蚂蚁不同等级间的脑特化情景

蚂蚁发源于一亿四千万年往日的白垩纪时间,现有20000多个种类。它们世俗散播于除极地冰原之外的通盘陆地生态系统中,是生物演化历程中最奏效的动物类群之一。蚂蚁在演化上的奏效与其具有高度社会化的脾气淡雅关连。

近日,我国科学家通过对蚂蚁脑组织的估计,揭示了社会性虫豸伴跟着社会单干而出现的脑特化情景,挖掘了调换其生殖力和寿命的要道细胞类群。6月16日,该估计甘休《A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism》在泰斗学术期刊《当然·生态与演化》上发表。

柔柔滋生蚁蛹的法老蚁工蚁。董志巍 摄

蚂蚁“超个体”

蚂蚁是陆地上最昂然的社会性虫豸类群,其总分量大体与地球上通盘人类非常。

在蚂蚁的社会中,蚂蚁不成单独糊口,而必须行动蚁群的一分子,从事特定的单干,与其他蚂蚁淡雅协作,共同督察蚁巢的平常启动。

在一个蚁群中,蚁后专职郑重衍生后代,蚁后产下来的后代雌性个体中,有些发育成新的具有滋生智商的蚁后,有些发育成工蚁。工蚁统统或部分丧失了生殖潜能,有利郑重觅食、育幼、筑巢、驻防等除生殖外的通盘责任。

“诚然工蚁和蚁后具有通常的二倍体基因组,但却推崇出赫然的面孔、生理和行径的分化。”论文的第一作家、华大生命科学估计院估计员李启业告诉新京报记者,多数蚂蚁物种的工蚁莫得滋生智商,它们只郑重收拾窠巢的事务,而滋生任务则交由滋生蚁来承担。未交配的滋生蚁有翅,交配后雄蚁亏损,雌蚁翅膀零散,成为确凿的蚁后。

在学界,有一个被大家纷乱接受的视力,少妇人妻上班偷人精品视频即以为整窝蚂蚁是一个“超个体”,每个蚂蚁都是这个超个体的一个“细胞”,工蚁是它的“体细胞”,而滋生蚁是它的“生殖细胞”。为了进一步揭示蚂蚁等级分化的内在机制,李启业所在的估计团队以法老蚁为模式生物,通过单细胞转录组测序本事伸开了估计。

法老蚁是一种顺应性极强、对滋长环境条目低、活着界上世俗散播的蚂蚁。其个体小、滋生快、发育周期短、群体数目庞杂。法老蚁行多后制,蚁群内可同期存在多个蚁后,不错在巢内自交,也不错引导产生新的生殖蚁,易于在实验室多代无数饲养。法老蚁这些生物学特质使其成为开展社会性虫豸估计的梦想模式物种。

正在交配的法老蚁滋生蚁,其中通体玄色的为雄蚁。董志巍 摄

该论文的共同通信作家、华大生命科学估计院估计员刘传宇称,他们通过华大自主研发的单细胞建库平台和测序本事,被十几个男人扒开腿猛戳获取了涵盖法老蚁工蚁、处女滋生蚁、蚁后、雄蚁4种全等级大脑悉数206367个高质地的单细胞核转录组数据。“这是寰球上首个全面袒护一个蚂蚁社会中通盘单干变装的单细胞图谱。”

蚂蚁具有赈济“社会性”的脑子

李启业说,估计团队收受单细胞转录组测序的估计妙技,来解析蚂蚁大脑细胞类群。其估计的旨趣是,归拢个体的体细胞的细胞核具有相通的遗传物资,然则不同的体细胞具有不同的功能,这是因为在不同的细胞中由不同的基因发生转录的甘休。因此,通过对不同细胞转录情况的测序和分析,不错详情这些细胞承担的功能。

通过比较法老蚁四种成体大脑的细胞构成,估计团队发现工蚁与雄蚁的大脑吵嘴常特化的。其中郑重学习操心的高档大脑核心蘑菇体(Mushroom bodies)细胞和郑重处治感觉信息的细胞在工蚁里丰采极高,而郑重处治视觉信息的视叶细胞的丰采则很低。

法老蚁不同等级脑细胞的相对丰采。刘薇薇 绘

同期,雄蚁大脑的细胞构成趋势则相悖,视叶细胞丰采很高,而蘑菇体细胞和处治感觉信息的细胞丰采则显耀镌汰。处女滋生蚁和蚁后的大脑则处于中间面孔,绝大多数的细胞类群丰采都居于中间水平。

据论文共同通信作家、中国科学院昆明动物估计所副估计员刘薇薇先容,估计袒露,比起不具有社会性的果蝇,法老蚁脑中郑重高档理解功能的蘑菇体细胞的丰采显耀扶助了,而在跳镰猛蚁和蜜蜂中,蘑菇体细胞比较果蝇也通常发生了推广和各样性分化。

“这意味着工蚁是更倾向于感觉感知的动物,这与咱们对蚂蚁的一般意志吻合。而雄蚁则更依赖视觉。”刘薇薇说。“此外,比较工蚁,蚁后的寿命要长得多,比多数同体型的虫豸都要长。咱们也看到处女滋生蚁在交配后摇荡为蚁后的经由中,大脑发生了赫然的可塑性变化。”

法老蚁不同等级脑结构的三维结构重建。刘薇薇 绘

据她先容,好多细胞类群的丰采都变化赫然。其中,视叶细胞类群丰采镌汰,而多巴胺细胞偏执卑劣神经肽细胞丰采加多,一类具有神经保护功能的胶质细胞丰采也显耀加多。这揭示了蚁后熟习经由中调控其生理、行径发生剧烈变化的神经机制,大脑细胞类群的变化以及神经环路的重塑决定了蚁后职责功能的摇荡以及寿命的大幅度延迟。

论文共同通信作家、浙江大学生命演化估计中心的张国捷解说指出,这项责任标明蚂蚁不同等级个体的社会单干和展现出的行径各异与其大脑不同的特化进度关连。不同等级个体的大脑有不同所在和进度的特化,互相之间又功能互补,实践不同的社会行径和功能,从而使得通盘这个词蚁群好像同期领有生殖、育幼、觅食、驻防等多种功能。因此,蚁群成为一个确凿意旨上的“超个体”,当然遴荐作用飞腾到了蚁群这一更高的组织端倪,使得蚂蚁在1.4亿年的糊口竞争中获取上风,演化成为地球上极具上风的动物类群。

新京报记者 张建林

裁剪 陈静 校对 杨许丽



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