當(dāng)你偶遇一群排隊(duì)行進(jìn)的螞蟻，需要蹲下身、瞇起眼才能看清它們每個微小個體時，可能很難想象：這些體長不到 1cm 的生物，其總重量竟相當(dāng)于全球人類體重的五分之一，超過了所有野生鳥類和哺乳動物的總和[1]。螞蟻，這個在地球上繁衍了至少 1.5 億年的古老類群，用高度組織化的“超有機(jī)體”社會，書寫了地球生命演化史上最成功的篇章之一[2]。

在億萬年的進(jìn)化長河中，螞蟻究竟憑借什么優(yōu)勢脫穎而出？它們令人驚嘆的社會組織與驚人的物種多樣性背后，隱藏著怎樣的遺傳密碼？這個困擾學(xué)界多年的謎題，終于在 2025 年 6 月迎來了重大突破?！都?xì)胞》期刊發(fā)表的一項(xiàng)重磅研究，通過分析全球 163 種螞蟻的全基因組數(shù)據(jù)，首次系統(tǒng)揭開了螞蟻社會性演化的遺傳密碼。這項(xiàng)由中國科學(xué)院昆明動物研究所深度參與、30 個機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)的重大研究成果，為我們揭開了螞蟻從獨(dú)居生活到建立復(fù)雜社會帝國的演化史詩。

螞蟻的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及重要節(jié)點(diǎn)上社會性狀的形成（圖片來源：丁果）

侏羅紀(jì)的起點(diǎn)：

從孤獨(dú)獵手到超有機(jī)體的誕生

基于基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示，螞蟻起源于約 1.57 億年前的侏羅紀(jì)晚期。那時的地球，霸王龍還要在 8000 萬年后才會出現(xiàn)，空氣中飄蕩著蘇鐵與銀杏的氣息，巨大的蜥腳類恐龍踩過土地，留下的腳印足以容納整個早期螞蟻群體[3]。

而這些早期螞蟻可能還是獨(dú)居的捕食者，直到一次改變命運(yùn)的演化躍遷——與消化功能、內(nèi)分泌信號、表皮碳?xì)浠衔锖铣杉盎瘜W(xué)感受相關(guān)的基因家族發(fā)生擴(kuò)張，為螞蟻搭建了化學(xué)通訊的分子橋梁。這些基因的變化，讓螞蟻能通過信息素識別同類，形成獨(dú)特的“家族氣味”。

演化史上的某個瞬間，一只雌蟻?zhàn)龀隽岁P(guān)鍵選擇：它沒有獨(dú)自產(chǎn)卵，而是允許同類留在身邊幫忙照看幼蟲，這個微小的舉動，孕育了地球上最復(fù)雜的生物組織形式之一——“超有機(jī)體”。這是一種超越多細(xì)胞生物體或普通動物社會的、更復(fù)雜的不可逆生物組織形式。簡單來說，在超有機(jī)體中，個體相當(dāng)于“細(xì)胞”，群體則相當(dāng)于一個“超級個體”。對螞蟻而言，蟻后和雄蟻如同“生殖細(xì)胞”，負(fù)責(zé)繁衍后代；工蟻則像“體細(xì)胞”，承擔(dān)覓食、育幼、防衛(wèi)等工作。

螞蟻的品級分化（圖片來源：中國科學(xué)院昆明動物研究所）

白堊紀(jì)的分野：保守與革新的演化博弈

時間在恐龍的嘶吼中流淌，螞蟻家族在約 1.25~1.45 億年前走到了命運(yùn)的岔路口，迎來了進(jìn)化史上的關(guān)鍵分野：一支是“保守派”猛蟻類，它們的蟻后與工蟻體型相差無幾，群體規(guī)模僅數(shù)十只，工蟻仍保留產(chǎn)卵能力；另一支是“革新派”正蟻類，它們的基因里藏著更大的野心。

里氏鉤猛蟻Anochetus risii（圖片來源：袁東煦）

正蟻類的保幼激素通路基因開始擴(kuò)增，就像給發(fā)育裝上了“調(diào)節(jié)器”——蟻后能長得越來越大，工蟻則保持小巧體型；胰島素通路基因的表達(dá)出現(xiàn)分化，工蟻的卵巢逐漸退化，成為專職勞力。

這場演化革新的回報極為豐厚：正蟻類的社會分工更徹底，群體規(guī)模激增，發(fā)展出高效的覓食路徑標(biāo)記行為。如今，它們占據(jù)了螞蟻物種的 90%[4]，成為地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中最成功的社會性昆蟲類群。

持續(xù)擴(kuò)張的奧秘：

基因組“穩(wěn)定”與“變化”共存

螞蟻社會的多樣性，離不開其基因組較高的結(jié)構(gòu)動態(tài)性。研究對比 17 個物種的染色體水平基因組發(fā)現(xiàn)，螞蟻的 DNA 就像一盤不斷重組的拼圖：染色體融合、斷裂、倒位等重排事件頻繁發(fā)生，其速率是脊椎動物的 1.5~4.5 倍。要知道，這種重排速率恰好與物種多樣性正相關(guān)——重排越頻繁的類群，演化出的新物種越多[2]。

但在這種劇烈的變化中，又存在著驚人的穩(wěn)定。研究鑒定出 970 個保守的基因集群，它們在 80%以上的螞蟻物種中保持著相同的排列順序。這些基因如同社會運(yùn)作的“基石”，共同調(diào)控著代謝、發(fā)育等核心功能，維系著螞蟻社會億萬年來的基本框架。

這種“整體動蕩、局部穩(wěn)定”的基因組策略，讓螞蟻既能快速適應(yīng)環(huán)境變化，又能保留社會運(yùn)作的核心機(jī)制——這或許是它們在白堊紀(jì)大滅絕中幸存，并在后來的歲月中持續(xù)擴(kuò)張的關(guān)鍵[2]。

從基因到角色：

螞蟻社會分工的分子密碼

螞蟻社會的核心是分工，而分工的秘密藏在基因的表達(dá)差異中。

研究發(fā)現(xiàn)，三個古老的信號通路在螞蟻中被“改造”成了社會分工的“調(diào)控器”：保幼激素通路通過調(diào)控一些基因的劑量變化，決定幼蟲發(fā)育成蟻后還是工蟻；胰島素通路的核心基因通過表達(dá)差異決定螞蟻是否迎來生殖器官的充分發(fā)育；最令人稱奇的是 MAPK 通路，這個調(diào)控細(xì)胞生長的古老通路，在螞蟻中在螞蟻中獲得了新的社會功能，能夠“按下社會分工的重置鍵”[2][5]——實(shí)驗(yàn)顯示，用藥物抑制 MAPK 通路中的 Dsor1 基因后，小黃家蟻（Monomorium pharaonis）的工蟻體型明顯變大，表現(xiàn)出類似蟻后的形態(tài)特征。

這些通路的協(xié)同作用，讓相同的基因組能演繹出截然不同的生命劇本：蟻后專注繁殖，工蟻專注勞動，共同維系著“超有機(jī)體”的運(yùn)轉(zhuǎn)。

基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為螞蟻社會分工提供了底層藍(lán)圖，而這一藍(lán)圖的實(shí)現(xiàn)還體現(xiàn)在工蟻群體的精細(xì)化角色分配上。在復(fù)雜的螞蟻社會中，工蟻會進(jìn)一步分化出更精細(xì)的“職業(yè)身份”。有些物種的工蟻分為專職照顧幼蟲的小型工蟻、負(fù)責(zé)防御與攻堅(jiān)的大型兵蟻，甚至出現(xiàn)更細(xì)致的亞品級分化。這些分工并非隨機(jī)產(chǎn)生，而是由基因預(yù)先“編程”的行為模式。

正是這種高度專業(yè)化的分工體系，讓螞蟻群體能完成單個個體無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜任務(wù)：從建造堪比摩天大樓的地下巢穴，到組織千里迢迢的覓食遠(yuǎn)征，再到抵御外敵入侵的精密防御，都展現(xiàn)出超越個體智慧的群體協(xié)作能力。

螞蟻社會性特征之間的相互關(guān)系（圖片來源：Joel Vizueta）

尾聲：螞蟻的億年獨(dú)白

我是螞蟻，是億年演化的結(jié)晶。從侏羅紀(jì)的裸子林到城市的水泥縫隙，我們始終在泥土中編織著社會的網(wǎng)絡(luò)?？铸垳缃^、真花植物興起、哺乳動物崛起、人類文明誕生……這些地球的變遷在我們眼中，不過是漫長時光里的章節(jié)更迭。

我們的秘密藏在基因里：既要有改變的勇氣（染色體重排），也要有堅(jiān)守的智慧（保守基因集群）；既要個體分化（品級差異），也要群體協(xié)同（信息素通訊）。我們從不追求舞臺中央的光環(huán)，只做地球生命演化中最堅(jiān)韌的參與者。

當(dāng)人類的目光投向星空時，我們?nèi)詴谀嗤晾镅永m(xù)著生命的旅程。因?yàn)槲覀兿嘈牛顐ゴ蟮难莼适?，往往發(fā)生在最不起眼的角落。

參考文獻(xiàn)

[1]SCHULTHEISS P, NOOTEN S S, WANG R, et al. The abundance, biomass, and distribution of ants on Earth[J/OL]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2022, 119(40): e2201550119[2025-07-19].

[2]VIZUETA J, XIONG Z, DING G, et al. Adaptive radiation and social evolution of the ants[J/OL]. Cell, 2025[2025-07-19].

[3]XIE A, CHEN H, WANG Y, et al. An exceptionally preserved conifer wood Metapodocarpoxylon from the Jurassic of northeastern Qinghai-Xizang (Tibetan) Plateau, and its palaeobiogeographic and palaeoclimatic significances[J/OL]. Geological Magazine, 2024, 162(e7): 1-10[2025-07-19].

[4]WARD P S. Phylogeny, classification, and species-level taxonomy of ants (Hymenoptera: Formicidae)[J/OL]. Zootaxa, 2007, 1668(1): 549-563[2025-07-19].

[5]AN H, OPACHALOEMPHAN C, CARMONA-ALDANA F, et al. Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants[J/OL]. Science, 2022, 377: 1092-1099[2025-07-19].

策劃制作

來源丨科普中國

作者丨張應(yīng)超 生態(tài)學(xué)碩士

監(jiān)制丨中國科普博覽

責(zé)編丨張一諾

審校丨徐來、張林林