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印度跳蟻腦部可變大縮小 只為延續群族壽命

2021/4/17 — 9:54

如果要成為一個群族的權力最高峰,代價是腦容量縮小近五分之一,你會願意嗎?最新刊於《英國皇家學會報告 B》的研究就發現,印度跳蟻 (Harpegnathos saltator) 會在群族蟻后死亡後,擁立極少數工蟻成為新蟻后,其腦部會自動萎縮 19% ,同時卵巢擴大以增加繁殖能力,是首度發現有此能力的昆蟲。

絕大部份螞蟻通常在幼體階段已被決定是工蟻還是蟻后:如果幼蟻被慷慨地餵養並給予正確的荷爾蒙,牠們就有機會成為蟻后,而工蟻窮盡一生努力都無法轉化成蟻后。

腦部是有脊椎動物身體中最複雜的器官,用以控制身體的其他器官、對外間的反應,與分泌荷爾蒙等化學物質,對有脊椎動物非常重要。對於螞蟻而言,覓食的日常生活可能已是認知上的負擔,涉及相對複雜的任務,為了繁殖後代將僅有的腦容量再縮減,並節省消耗能量是絕對能理解的——不要忘記人類大腦這個例子,雖然大腦與全身重量比例只是 1:40 ,但用上 20% 所攝取能量,消耗量相當驚人!

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是次研究的團隊指,與典型的螞蟻群族在其蟻后死後逐漸消亡不同,印度跳蟻群族相對如亞視一樣永恆不朽。當蟻后死後數小時,群族就會進行激烈的儀式,每隻工蟻都各自用觸角觸碰頭部「打交」,並維持長達 1 個月,最終會選定新的蟻后,激活其卵巢。

每一群印度跳蟻通常不超過 100 隻(其他蟻通常一群有 5 萬隻左右),但新選定的「偽蟻后」則有 5–10 隻,並會產生外激素 (pheromone) 迫使其餘工蟻視牠為蟻后。最終,牠們會繼續與群族成員交配,延長群族壽命。除了卵巢擴大 5 倍外,這些「偽蟻后」的壽命也由原本的 6 個月激增至 5 年,但腦則會萎縮 19% 。

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為了解這些物理與化學變化是否永久性,團隊從 30 個印度跳蟻群族,各標記 2 隻「偽蟻后」,1 隻會繼續留在群族中,另 1 隻則會被放在膠箱中隔離 3–4 周並定期餵食。團隊假設,缺乏社交活動後者會重新變回工蟻。

不出所料,「偽蟻后」在被隔離 3 日內已停止生產,此後更逐步出現正常工蟻覓食行為。團隊其後將這些被隔離「偽蟻后」放回原有群族之中,發現其他工蟻已不視之為蟻后。在 8 周後團隊將之解剖更發現,被隔離「偽蟻后」所有器官已回復與工蟻一樣的比例。團隊表明,過去有見過蜜蜂腦容量會在由護理工蜂轉為覓食工蜂而增加,但當牠們由覓食恢復至處理護理工作時,蜜蜂大腦不會收縮。

團隊相信,印度跳蟻有腦部變大縮小的靈活性,主要是因為該物種的群族相對其他蟻小得多,因此每隻印度跳蟻工蟻的價值亦相對較其他蟻高,不易被同族成員取代。

其實,這種腦部變大縮小的能力在有脊椎動物身上不是特別罕見。例如在北美棲息的白冠帶鵐 (Zonotrichia leucophrys) 會在交配季節時,因需要「唱歌」求偶而增加腦部「歌曲中心」(不是戲曲中心)的神經元,到冬天這些神經元量會萎縮消失,直到翌年春季才會重新長出。

報告:
Penick, C.A., Ghaninia, M., Haight, K.L. & et al. (2021). Reversible plasticity in brain size, behaviour and physiology characterizes caste transitions in a socially flexible ant (Harpegnathos saltator). Proc. R. Soc. B. 288: 20210141. doi: 10.1098/rspb.2021.0141

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