一种颠覆认知的生殖模式

长足捷蚁（Anoplolepis gracilipes）是一种臭名昭著的入侵生物，它们对新环境有着非常出色的适应能力，能对本地的生物多样性造成巨大破坏。

这些蚂蚁原产于亚洲和西非，如今分布在东南亚和大洋洲，威胁着当地许多无脊椎动物，甚至小型哺乳动物的生存。在爪哇岛以南的澳大利亚圣诞岛，这些“疯子”已经消灭了这一地区特有的红蟹种群。

在英文中，它们还有个更形象的俗名，叫“黄疯蚁”（yellow crazy ant），因为一旦蚁群收到干扰，它们就会像发了疯一样乱作一团。

近日，一个由分子和进化生物学家组成的国际团队在《科学》杂志上发表了一项新的研究，发现这些“疯狂”的入侵蚂蚁的体内，还隐藏着另一种“疯”：雄性长足捷蚁是两种敌对细胞谱系的混合体，换句话说，它们全身共有两套DNA。这一发现可能揭开了长足捷蚁为什么是一个如此成功的入侵物种的秘密，并探讨了产生这种现象的可能原因。

  古怪的蚂蚁生物学  

大多数动物都是由一个精子和一个卵子结合成的受精卵发育而来。精子和卵子会结合它们的DNA。随着生物的成长，除了性细胞（精子和卵子）外，所有之后发育的细胞都携带着两套染色体，分别来自父亲和母亲。换句话说，这些体细胞都带着相同的遗传信息，性细胞则只含有一半的信息（一套染色体）。

但对有些生物来说，情况则有所不同，蚂蚁便是其中之一。蚂蚁社会具有一种严格的等级制度，不同角色承担着不一样的责任。通常在大多数蚂蚁物种中，蚁后是蚁穴的“女王”，但它也是生育机器，负责产卵。其他雌性是工蚁。雄性的作用是一个精子库。

对大多数蚂蚁物种来说，雌性与雄性的差别主要在于，雄蚁是从未受精的卵发育而成，也可以这么理解，雄性蚂蚁没有父亲，它们应该只有一套遗传信息。

但科学家很早便注意到了雄性长足捷蚁的古怪特征。2007年的一项研究发现，大量雄性长足捷蚁似乎携带着两个版本的遗传标记。一些蚂蚁物种偶尔会出现带有两个基因组拷贝的“二倍体”雄性，这样的雄性通常是不育的。但这么多雄性长足捷蚁都是二倍体，似乎就说不通了。

为了解开这个谜团，研究人员对从亚洲各地收集的标本进行了种群遗传和系统地理学研究。他们发现，雄性长足捷蚁包含两个独立的遗传谱系，母系和父系之间的核不会发生融合。

更细节来说，长足捷蚁两个相互依赖的遗传谱系，分别被称为R和W。蚁后所有的卵子都携带R。如果这个卵子被带有R的精子授精，就会出现一个R/R的蚁后。

但如果这个卵子被带有W的精子授精，则有两种可能。性别主要取决于细胞核是否融合。如果两个带有基因组的细胞核融合了，就会形成一只R/W的二倍体（雌性）工蚁。

但如果细胞核不融合，这些受精卵就会发育成一只奇异的雄性。每个雄性体细胞只包含一个版本的蚂蚁基因组，但是，在不同的细胞里，这个基因组是不一样的。一些细胞带有R谱系，一些细胞则带有W谱系。

雄性黄疯蚁同时继承了W和R，但这些基因组不是在细胞内配对，而是保持独立，占据着不同的细胞。W和R细胞不均匀地分布在整个身体上，而且这种分布在个体之间是不同的。图中5只具有代表性的雄性显示了在不同组织中发现的具有R或W DNA的细胞比例的变化。（图/H. Darras et al., Science 2023）

进一步的实验发现，R和W不均匀地分布在雄性的身体上，这种分布在个体之间也存在差异。根据取样的组织，虽然大部分身体都含有几乎高达75%的大量R细胞，但这一比例在精子中几乎反过来的，在精子中，65%都是W细胞。

这几乎颠覆了生物学最基本的概念。我们都认为，多细胞生物是从一个单细胞的合子，发育成具有独特基因组的生物。这种规则的唯一例外是嵌合体，它们通常被认为是自然的意外，或者是发育后期出现的不同个体的融合。

但这项新的结果表明，另一种例外就是雄性长足捷蚁。这个物种中的雄性都保持着活性。这是首次发现的专性嵌合形式。

  为什么会这样？ 

这项惊人的发现显然带来了更多疑问。长足捷蚁是如何进化出这样独特的遗传形式的？

有科学家提出，这种嵌合形式可能是因为相互竞争的遗传谱系之间存在着由来已久的冲突。特别是，如果产生工蚁的谱系在精卵融合时总是创造出不育的雌性，那么如果它能滑入卵子但“拒绝”融合，就能确保它跨代留存下来。接着，它通过成为可育的雄性精子中主要的DNA系，而变成了一种“自私”的谱系。

还有研究人员提出，这种独特的遗传特征可能有助于防止近交，这反过来又帮助这些蚂蚁在不熟悉的地区成功生存，因此解释了它们作为入侵物种的成功之处。

但这些都还只是推测。我们还站在理解问题的入口而已。

#创作团队：

撰文：Takeko

排版：雯雯

#参考来源：

https://phys.org/news/2023-04-yellow-crazy-ant-males-dna.html

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01002-3

https://www.sciencenews.org/article/invasive-yellow-crazy-ants-male-chimeras-reproduce

https://www.newscientist.com/article/2368226-male-crazy-ants-have-two-different-sets-of-dna-in-their-bodies/

https://www.eurekalert.org/news-releases/984799

#图片来源：

封面图：Seychelles Islands Foundation, CC BY

首图：H. Darras et al., Science 2023