螞蟻社會分工的神經機制被揭示

【科技前沿】

本報北京6月16日電（記者張蕾、張曉華） 我國科學家通過構建法老蟻不同品級大腦單細胞轉錄組圖譜，揭示出螞蟻不同品級個體的社會分工和展現出的行為差異與其大腦特化程度有關。該研究獲得涵蓋法老蟻工蟻、處女繁殖蟻、雄蟻、蟻后4種全品級大腦共206367個高質量的單細胞轉錄組數據，是世界上首個全面覆蓋螞蟻社會中所有分工角色的單細胞圖譜。相關研究成果16日發表於權威學術期刊《自然·生態與演化》。

“同一個體的體細胞具有相同的遺傳物質，不同的體細胞則具有不同功能，這是不同細胞不同基因轉錄的結果。通過對不同細胞轉錄情況進行測序和分析，可以確定這些細胞承擔的功能。”談到蟻羣社會分工的神經調控機制，論文第一作者、深圳華大生命科學研究院研究員李啓業説。

研究顯示，負責高級認知功能的蘑菇體和負責處理氣味信息的細胞在工蟻裏丰度極高，這意味着工蟻傾向於嗅覺感知和處理複雜信息，擁有靈活的行為策略；雄蟻大腦的細胞組成趨勢與工蟻相反，視葉細胞丰度很高，嗅葉和蘑菇體相對不發達，這與它僅擔負交配職責而完全不參與蟻巢其他工作的行為相關；處女繁殖蟻和蟻后具有中間形態的大腦，意味着它們具有相對全面的行為模式。研究同時發現，在處女繁殖蟻交配後轉變為蟻后的過程中，視葉細胞類羣的丰度降低，這與蟻后長期適應黑暗的巢內環境相關；多巴胺細胞及其下游神經肽細胞丰度增加，一類具有神經保護功能的膠質細胞丰度也顯著增加。論文共同通訊作者、中國科學院昆明動物研究所副研究員劉薇薇介紹，這揭示了蟻后成熟過程中調控生理、行為發生劇烈變化的神經機制，“大腦細胞類羣的變化和神經環路的重塑決定了其職責功能的轉變及壽命的極度延長”。

研究還綜合比較了法老蟻、印度跳蟻、蜜蜂及果蠅的大腦細胞類羣組成及其功能特點。“儘管在進化史上已分開數億年，螞蟻和果蠅大腦中仍有很多種類的細胞保持同樣的分子特徵，行使相似的功能。”論文共同通訊作者、浙江大學生命演化研究中心教授張國捷指出。