为什么同一个蚁后，能生出两个完全不同的物种？

本文转载自科学大院，ID：kexuedayuan

俗话说“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。”在人们的常识中，无论是动物还是植物，父母和子代必然属于同一个物种，这似乎是再自然不过的规律。但就在最近的研究中，科学家们打破了这一规律：一种蚂蚁的后代，居然出现了两个完全不同的物种！

蚁界的“骡子”蚁

故事要从一种名为伊比利亚收获蚁（Messor ibericus）的蚂蚁说起。研究人员在给蚁群中的工蚁测序时发现，它们的基因不太正常——染色体中只有其中一半是伊比利亚收获蚁的基因，而另一半来自另一种蚂蚁。这意味着，这种工蚁是物种杂交的结果。但给同一巢的伊比利亚收获蚁蚁后进行基因测序时，其结果却显示它们的基因完全来自本物种。

伊比利亚收获蚁的工蚁（图片来源：antwiki Phil Honle拍摄）

在蚂蚁群体中，工蚁是不具繁殖能力的雌性个体，它们负责觅食、筑巢、照顾幼虫等日常工作；蚁后则是群体中唯一具备繁殖能力的雌性个体，专门产卵，维持整个群体的延续。

蚂蚁组织中的社会性特征（图片来源：Joel Vizueta等绘）

因此，研究人员的测序结果说明：伊比利亚收获蚁的蚁后采用了两条繁殖路线——一方面与本种雄蚁交配，产生新的蚁后；另一方面与异种雄蚁交配，专门产生杂交工蚁。

为什么除了本种蚂蚁以外，蚁后还要费劲和异种交配？研究人员推测，这样的策略或许带来杂交优势。就像马和驴的杂交，产生的后代骡子比双亲更强壮耐力更好一样，杂交工蚁可能拥有更高的工作效率。更关键的是，工蚁本就没有繁殖功能，因此跨物种杂交导致的不育问题在这里根本不是问题。而蚁后只需要保证下一代蚁后是本物种，这个种群就能延续下去。

那有没有可能其他种类的收获蚁也有这样的特性呢？研究人员挑选了欧洲常见的五种收获蚁属蚂蚁（其中包括伊比利亚收获蚁），对它们的工蚁都做了基因检测，却发现仅有伊比利亚收获蚁的工蚁才是杂交产生的，其它几种工蚁全部是本种繁殖的。检测结果还表明，伊比利亚收获蚁工蚁杂交的父本是工匠收获蚁(Messor structor)。工匠收获蚁分布广泛，从欧洲大部分地区一直延伸到我国的新疆，与伊比利亚收获蚁的分布范围也存在重叠。

不过，新的问题随之出现：按照传统理论，既然几乎所有的伊比利亚收获蚁工蚁都是杂交出来的，那么伊比利亚收获蚁必须要生活在工匠收获蚁分布范围内，才能与之杂交，从而产生工蚁。但在现实中，却有一部分的伊比利亚收获蚁生活在工匠收获蚁分布区域之外，它们又是如何与工匠收获蚁进行交配呢？

两种收获蚁的分布范围差异

红色为工匠收获蚁，紫色为伊比利亚收获蚁（图片来源：参考文献[1]）

一个巢穴，两个物种

为了解开这个谜题，研究人员继续深入观察伊比利亚收获蚁的巢穴。他们在同一巢穴中意外发现了两种不同的雄蚁，一种体毛浓密，另一种体毛稀疏。进一步测序表明，这两种雄蚁在基因上是截然不同的两个物种，毛发浓密的是伊比利亚收获蚁的雄蚁，而毛发稀疏的是工匠收获蚁的雄蚁。

左边为伊比利亚收获蚁雄蚁，右边为工匠收获蚁雄蚁（图片来源：参考文献[1]）

但问题在于，按照蚂蚁常见的繁殖方式，这种情况本不该发生。大多数蚂蚁的雄蚁和有翅雌蚁都会离巢，在空中完成交配，这一过程被称作婚飞。之后，受精的雌蚁会落地、独立筑巢，建立新的群体。因此，按常理推断，在巢穴内出现的雄蚁极有可能是由巢里的蚁后直接产下的，而非外来的。

为了验证这一点，研究人员将这些雄蚁全部移除，并将蚁群隔绝在人工环境中，避免有外来雄蚁混入。一年之后，实验结果令人震惊：巢内依旧出现了两种雄蚁。换句话说，伊比利亚收获蚁的蚁后竟然能够在同一巢穴里，生下属于两个物种的雄蚁！

会克隆的蚁后

那么蚁后是如何同时生下两个不同物种的雄蚁的呢？要理解这个问题，得先从蚂蚁独特的繁殖方式说起。

常见的哺乳动物，如人类，其性别是由染色体的组合决定的，XX染色体就是雌性，XY染色体就是雄性。但与此不同的是，蚂蚁的性别是由卵细胞是否受精决定的，其中受精卵会发育成雌性个体，包括工蚁和未来的蚁后，而未受精的卵子则会发育成雄蚁。也就是说，雄蚁其实是单倍体，只有雌性的半套染色体。它们与蚁后交配后很快死亡，其精子则长期储存在蚁后的体内，供之后受精使用。

蚂蚁的性别决定机制（图片来源：University of Rochester，作者汉化）

回到伊比利亚收获蚁的案例，当蚁后单独产卵而不受精时，就能生下本种的雄蚁。可要产生工匠收获蚁的雄蚁，则要经历一套更复杂的过程。研究人员发现：伊比利亚收获蚁的蚁后和工匠收获蚁的雄蚁交配时，后者的精子进入前者的卵细胞后，并不与卵细胞核结合，而是直接替换掉了原本的细胞核！这样一来，卵细胞就携带了工匠收获蚁的基因信息，最终发育成工匠收获蚁的雄蚁。

换句话说，伊比利亚收获蚁的蚁后体内发生了一种类似克隆的操作过程，卵细胞的细胞核被替换成了工匠收获蚁的细胞核。

还未交配的伊比利亚收获蚁的雌蚁（图片来源：参考文献[1]）

进一步的观察还发现，伊比利亚收获蚁蚁后产下的工匠收获蚁雄蚁无法与雌性进行正常交配，它们的存在完全局限在伊比利亚收获蚁的群体中，用于维持该物种的工蚁队伍。

独特的生存策略

那么，伊比利亚收获蚁为什么要发展出如此复杂的繁殖方式？研究人员推测，其原因与该物种工蚁的形成机制有关。在进化过程中，伊比利亚收获蚁可能已经失去了通过本种交配来产生工蚁的能力。它们必须依赖与工匠收获蚁的杂交，才能产生工蚁。这样一来，它们的生存范围就受限于工匠收获蚁的分布区，种群规模也必然小于后者。

然而，在伊比利亚收获蚁蚁后体内发生了类似克隆的细胞核替换的现象，使其能够直接产生工匠收获蚁的雄蚁，这就摆脱了杂交的限制。如此一来，即使在没有工匠收获蚁分布的地区，它们也能维持工蚁队伍，从而建立和扩展新的种群。这一机制显然提高了它们在自然环境中的生存和扩散能力。

下面这张参考图展示了关于伊比利亚收获蚁生态演变的猜想：蚁后最开始与工匠收获蚁生活在同一区域，依赖与工匠收获蚁的雄蚁交配产生工蚁（图a）。在进化过程中，蚁后逐渐开始拥有克隆工匠收获蚁雄蚁的能力（图b）。最终，伊比利亚收获蚁脱离了工匠收获蚁分布区域，即使没有工匠收获蚁的雄蚁供交配，蚁后仍然能产下两个不同物种的后代。

图片来源：参考文献[1]

在蚂蚁的系统发育树上，伊比利亚收获蚁与工匠收获蚁的亲缘关系比较遥远，但它们却形成了如此紧密而特殊的联系。这一发现再次揭示，自然界中的物种并不总是沿着我们以往设想的固定路径发展，它们可能会通过出人意料的方式解决生存与繁衍的难题——生物学的永恒规律，可能就是生物学没有规律。

参考文献：

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