本文轉(zhuǎn)載自科學(xué)大院，ID：kexuedayuan

俗話說“龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會(huì)打洞。”在人們的常識(shí)中，無論是動(dòng)物還是植物，父母和子代必然屬于同一個(gè)物種，這似乎是再自然不過的規(guī)律。但就在最近的研究中，科學(xué)家們打破了這一規(guī)律：一種螞蟻的后代，居然出現(xiàn)了兩個(gè)完全不同的物種！

蟻界的“騾子”蟻

故事要從一種名為伊比利亞收獲蟻（Messor ibericus）的螞蟻說起。研究人員在給蟻群中的工蟻測(cè)序時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們的基因不太正常——染色體中只有其中一半是伊比利亞收獲蟻的基因，而另一半來自另一種螞蟻。這意味著，這種工蟻是物種雜交的結(jié)果。但給同一巢的伊比利亞收獲蟻蟻后進(jìn)行基因測(cè)序時(shí)，其結(jié)果卻顯示它們的基因完全來自本物種。

伊比利亞收獲蟻的工蟻（圖片來源：antwiki Phil Honle拍攝）

在螞蟻群體中，工蟻是不具繁殖能力的雌性個(gè)體，它們負(fù)責(zé)覓食、筑巢、照顧幼蟲等日常工作；蟻后則是群體中唯一具備繁殖能力的雌性個(gè)體，專門產(chǎn)卵，維持整個(gè)群體的延續(xù)。

螞蟻組織中的社會(huì)性特征（圖片來源：Joel Vizueta等繪）

因此，研究人員的測(cè)序結(jié)果說明：伊比利亞收獲蟻的蟻后采用了兩條繁殖路線——一方面與本種雄蟻交配，產(chǎn)生新的蟻后；另一方面與異種雄蟻交配，專門產(chǎn)生雜交工蟻。

為什么除了本種螞蟻以外，蟻后還要費(fèi)勁和異種交配？研究人員推測(cè)，這樣的策略或許帶來雜交優(yōu)勢(shì)。就像馬和驢的雜交，產(chǎn)生的后代騾子比雙親更強(qiáng)壯耐力更好一樣，雜交工蟻可能擁有更高的工作效率。更關(guān)鍵的是，工蟻本就沒有繁殖功能，因此跨物種雜交導(dǎo)致的不育問題在這里根本不是問題。而蟻后只需要保證下一代蟻后是本物種，這個(gè)種群就能延續(xù)下去。

那有沒有可能其他種類的收獲蟻也有這樣的特性呢？研究人員挑選了歐洲常見的五種收獲蟻屬螞蟻（其中包括伊比利亞收獲蟻），對(duì)它們的工蟻都做了基因檢測(cè)，卻發(fā)現(xiàn)僅有伊比利亞收獲蟻的工蟻才是雜交產(chǎn)生的，其它幾種工蟻全部是本種繁殖的。檢測(cè)結(jié)果還表明，伊比利亞收獲蟻工蟻雜交的父本是工匠收獲蟻(Messor structor)。工匠收獲蟻分布廣泛，從歐洲大部分地區(qū)一直延伸到我國(guó)的新疆，與伊比利亞收獲蟻的分布范圍也存在重疊。

不過，新的問題隨之出現(xiàn)：按照傳統(tǒng)理論，既然幾乎所有的伊比利亞收獲蟻工蟻都是雜交出來的，那么伊比利亞收獲蟻必須要生活在工匠收獲蟻分布范圍內(nèi)，才能與之雜交，從而產(chǎn)生工蟻。但在現(xiàn)實(shí)中，卻有一部分的伊比利亞收獲蟻生活在工匠收獲蟻分布區(qū)域之外，它們又是如何與工匠收獲蟻進(jìn)行交配呢？

兩種收獲蟻的分布范圍差異

紅色為工匠收獲蟻，紫色為伊比利亞收獲蟻（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

一個(gè)巢穴，兩個(gè)物種

為了解開這個(gè)謎題，研究人員繼續(xù)深入觀察伊比利亞收獲蟻的巢穴。他們?cè)谕怀惭ㄖ幸馔獍l(fā)現(xiàn)了兩種不同的雄蟻，一種體毛濃密，另一種體毛稀疏。進(jìn)一步測(cè)序表明，這兩種雄蟻在基因上是截然不同的兩個(gè)物種，毛發(fā)濃密的是伊比利亞收獲蟻的雄蟻，而毛發(fā)稀疏的是工匠收獲蟻的雄蟻。

左邊為伊比利亞收獲蟻雄蟻，右邊為工匠收獲蟻雄蟻（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

但問題在于，按照螞蟻常見的繁殖方式，這種情況本不該發(fā)生。大多數(shù)螞蟻的雄蟻和有翅雌蟻都會(huì)離巢，在空中完成交配，這一過程被稱作婚飛。之后，受精的雌蟻會(huì)落地、獨(dú)立筑巢，建立新的群體。因此，按常理推斷，在巢穴內(nèi)出現(xiàn)的雄蟻極有可能是由巢里的蟻后直接產(chǎn)下的，而非外來的。

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究人員將這些雄蟻全部移除，并將蟻群隔絕在人工環(huán)境中，避免有外來雄蟻混入。一年之后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人震驚：巢內(nèi)依舊出現(xiàn)了兩種雄蟻。換句話說，伊比利亞收獲蟻的蟻后竟然能夠在同一巢穴里，生下屬于兩個(gè)物種的雄蟻！

會(huì)克隆的蟻后

那么蟻后是如何同時(shí)生下兩個(gè)不同物種的雄蟻的呢？要理解這個(gè)問題，得先從螞蟻獨(dú)特的繁殖方式說起。

常見的哺乳動(dòng)物，如人類，其性別是由染色體的組合決定的，XX染色體就是雌性，XY染色體就是雄性。但與此不同的是，螞蟻的性別是由卵細(xì)胞是否受精決定的，其中受精卵會(huì)發(fā)育成雌性個(gè)體，包括工蟻和未來的蟻后，而未受精的卵子則會(huì)發(fā)育成雄蟻。也就是說，雄蟻其實(shí)是單倍體，只有雌性的半套染色體。它們與蟻后交配后很快死亡，其精子則長(zhǎng)期儲(chǔ)存在蟻后的體內(nèi)，供之后受精使用。

螞蟻的性別決定機(jī)制（圖片來源：University of Rochester，作者漢化）

回到伊比利亞收獲蟻的案例，當(dāng)蟻后單獨(dú)產(chǎn)卵而不受精時(shí)，就能生下本種的雄蟻?？梢a(chǎn)生工匠收獲蟻的雄蟻，則要經(jīng)歷一套更復(fù)雜的過程。研究人員發(fā)現(xiàn)：伊比利亞收獲蟻的蟻后和工匠收獲蟻的雄蟻交配時(shí)，后者的精子進(jìn)入前者的卵細(xì)胞后，并不與卵細(xì)胞核結(jié)合，而是直接替換掉了原本的細(xì)胞核！這樣一來，卵細(xì)胞就攜帶了工匠收獲蟻的基因信息，最終發(fā)育成工匠收獲蟻的雄蟻。

換句話說，伊比利亞收獲蟻的蟻后體內(nèi)發(fā)生了一種類似克隆的操作過程，卵細(xì)胞的細(xì)胞核被替換成了工匠收獲蟻的細(xì)胞核。

還未交配的伊比利亞收獲蟻的雌蟻（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

進(jìn)一步的觀察還發(fā)現(xiàn)，伊比利亞收獲蟻蟻后產(chǎn)下的工匠收獲蟻雄蟻無法與雌性進(jìn)行正常交配，它們的存在完全局限在伊比利亞收獲蟻的群體中，用于維持該物種的工蟻隊(duì)伍。

獨(dú)特的生存策略

那么，伊比利亞收獲蟻為什么要發(fā)展出如此復(fù)雜的繁殖方式？研究人員推測(cè)，其原因與該物種工蟻的形成機(jī)制有關(guān)。在進(jìn)化過程中，伊比利亞收獲蟻可能已經(jīng)失去了通過本種交配來產(chǎn)生工蟻的能力。它們必須依賴與工匠收獲蟻的雜交，才能產(chǎn)生工蟻。這樣一來，它們的生存范圍就受限于工匠收獲蟻的分布區(qū)，種群規(guī)模也必然小于后者。

然而，在伊比利亞收獲蟻蟻后體內(nèi)發(fā)生了類似克隆的細(xì)胞核替換的現(xiàn)象，使其能夠直接產(chǎn)生工匠收獲蟻的雄蟻，這就擺脫了雜交的限制。如此一來，即使在沒有工匠收獲蟻分布的地區(qū)，它們也能維持工蟻隊(duì)伍，從而建立和擴(kuò)展新的種群。這一機(jī)制顯然提高了它們?cè)谧匀画h(huán)境中的生存和擴(kuò)散能力。

下面這張參考圖展示了關(guān)于伊比利亞收獲蟻生態(tài)演變的猜想：蟻后最開始與工匠收獲蟻生活在同一區(qū)域，依賴與工匠收獲蟻的雄蟻交配產(chǎn)生工蟻（圖a）。在進(jìn)化過程中，蟻后逐漸開始擁有克隆工匠收獲蟻雄蟻的能力（圖b）。最終，伊比利亞收獲蟻脫離了工匠收獲蟻分布區(qū)域，即使沒有工匠收獲蟻的雄蟻供交配，蟻后仍然能產(chǎn)下兩個(gè)不同物種的后代。

圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

在螞蟻的系統(tǒng)發(fā)育樹上，伊比利亞收獲蟻與工匠收獲蟻的親緣關(guān)系比較遙遠(yuǎn)，但它們卻形成了如此緊密而特殊的聯(lián)系。這一發(fā)現(xiàn)再次揭示，自然界中的物種并不總是沿著我們以往設(shè)想的固定路徑發(fā)展，它們可能會(huì)通過出人意料的方式解決生存與繁衍的難題——生物學(xué)的永恒規(guī)律，可能就是生物學(xué)沒有規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1] Juvé, Yannick, et al. "One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants." Nature (2025): 1-6.