蚂蚁早在1亿年前的白垩纪就已形成复杂的社会组织。如今，地球上生存着超过1.5万种现生蚂蚁，广泛分布于除极地之外的所有陆地生态系统。
中国科学院昆明动物研究所等通过探索蚂蚁的演化历史和社会系统演化机制，揭示了蚂蚁如何从独居昆虫逐步演化成具有不同社会组织结构的社会性昆虫，解析了推动蚂蚁社会分工和组织结构演化的关键基因。
01
驱动社会分工演化的
关键基因
在蚂蚁社会里，存在两个基本品级：繁殖品级（蚁后、雄蚁）专司繁衍，劳力品级（工蚁）则放弃自身繁殖，转而照顾和自己有亲缘关系的兄弟姐妹，从而实现了从独居到群居的转变。
在后续演化中，这种分工呈现出多样性，如蚁后与工蚁体型差异增大、多蚁后共存分担生殖责任、工蚁通过孤雌生殖直接产生后代等。
为了揭示蚂蚁的社会性是如何形成和演化的，研究团队根据分子生物学数据，结合化石记录，推定蚂蚁大约起源于1.57亿年前，并发现尽管在漫长的演化历程中，蚂蚁基因组发生了大规模重排，但仍有大约970个基因簇在超过80%的样本物种内保持稳定的串联排列。
这些基因簇内的基因形成精密的调控网络，部分基因在工蚁和蚁后间存在差异表达。比如两个相邻的卵黄原蛋白基因在蚁后发育过程中高表达，这提示它们可能在蚂蚁生殖分工中发挥重要作用。
▲丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路对蚂蚁品级发育的影响（ 制图： Lukas Schrader、丁果）
通过比较不同生殖分工方式蚂蚁物种的基因组，研究团队发现，一些保守信号通路（如保幼激素、胰岛素和丝裂原活化蛋白激酶等信号通路）受到强烈的自然选择作用，通过协同调控个体品级决定发育进程，塑造了蚂蚁多样的分工模式。
02
正蚁类辐射爆发
及其机制
现今的蚂蚁物种大致分为猛蚁类和正蚁类，其中正蚁类占90%以上。
相比猛蚁类，正蚁类中的蚁后和工蚁不仅体型差异更显著、蚁巢规模更大，还会通过化学信号标记路径进行群体循迹觅食。其工蚁的生殖器官存在不同程度的退化，有的甚至完全丧失。
研究结果显示，正蚁类祖先的大量基因受到强烈的自然选择影响，经历了一场演化加速，其中最显著的特征就是蚁后工蚁的体型和生理差异急剧增大。
正蚁类中很多受到正选择的基因呈现出蚁后和工蚁的差异表达。这些基因参与调控生殖力、脂质代谢和大脑发育等，或驱动正蚁类形成更复杂的社会组织系统，从而导致正蚁类辐射性爆发。
▲蚂蚁的系统发育关系及重要社会性状自然选择热点（制图：丁果）
03
“旧基因新功能”的
演化策略
蚂蚁社会在演化过程中还产生了一系列复杂特征，如标记觅食路径、个体之间的交哺行为、种植真菌、放牧蚜虫、劫掠其他蚂蚁、社会性寄生等。这些特征出现在不同的蚂蚁物种中，形成了模块化的动态组合系统，催生了组织复杂度各异的蚂蚁社会组织形式。
研究发现，不同社会性状之间出现了协同演化关系。一批相同的基因被“强化”，以适应社会性演化中新的功能需求，而另一些基因则被“弱化”，以消除不必要的功能。
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▲部分社会性特征之间的相互关系（绘图：Joel Vizueta）
蚂蚁一系列社会特征的形成和演化，由核心调控网络的重编程和整合形成。这种“旧基因、新功能”的策略，提示了生命演化的简约之美，体现了蚂蚁的生存智慧。对蚂蚁社会性演化的探索，为理解其他社会性动物的演化提供了理论框架。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.05.030
来源：中国科学院昆明动物研究所
责任编辑：王颖