深圳新聞網2025年6月17日訊（記者 范洋航）你可能從未想過，這些身長不足一厘米的小家伙，竟擁有足以令人類佩服的組織能力。它們無處不在，卻無法獨立生存；它們不靠語言溝通，卻能協同建造驚人巢穴；它們沒有領袖意識，卻有最嚴密的分工體系。它們的數量甚至超過了所有野生鳥類和哺乳動物的總和！它們，就是螞蟻。那么，螞蟻是如何演化成地球上最龐大的社會系統之一？一項歷時數年的全球合作研究給出了答案。

6月16日，由武漢華大生命科學研究院參與組織的“全球螞蟻基因組聯盟”（GAGA）在國際頂級學術期刊《細胞》（Cell）上發表了一項重磅研究，揭示了螞蟻適應性輻射與社會性演化的遺傳基礎。

研究團隊通過整合全球163種不同螞蟻的全基因組數據，重構了蟻科的生命之樹，涵蓋現生螞蟻16個亞科中的12個 ，343個屬中的97個。這項成果不僅澄清了蟻科物種復雜的親緣關系，更是將螞蟻的共同祖先追溯到約1.57億年前的侏羅紀晚期——恐龍稱霸地球的時代。

螞蟻的系統發育關系及重要節點上社會性狀形成（丁果 制）

研究團隊發現，在螞蟻共同祖先的基因組中，與嗅覺感知相關的基因家族發生了顯著擴增，表明螞蟻的共同祖先已經具備社會通信的關鍵分子機制。而在社會性復雜度高的正蟻類（Formicoid）（占現存螞蟻約90%）的共同祖先中，則發現許多蟻后-工蟻品級分化關聯的基因存在正選擇信號，表明與螞蟻社會分工相關的關鍵通路在白堊紀時期經歷了強烈的選擇壓力，這些關鍵通路在螞蟻品級制度建立中具有關鍵作用。

螞蟻染色體數目變動范圍非常大，單倍體染色體數目從1~60都有。通過對蟻科17個代表性物種的染色體結構進行比較，研究團隊發現螞蟻演化過程中染色體經歷了大量的重排事件，尤其在如弓背蟻、大頭蟻等物種豐富的屬中，染色體重排速率顯著上升。進一步研究發現，螞蟻的染色體重排速率與物種多樣性呈顯著正相關，且遠高于哺乳類、爬行類、魚類等脊椎動物類群。

有趣的是，盡管螞蟻染色體整體上具有較高的基因組重排速率，其基因組中仍保留了約970個保守共線性區域塊，形成核心基因調控網絡。這些核心網絡不僅調控基礎發育與代謝，同時也支撐了復雜社會系統功能的實現。

研究還發現，螞蟻社會性狀的演化受到一套高度保守的信號通路調控，包括保幼激素、MAPK和胰島素三大信號通路。這些通路中的核心蛋白在決定螞蟻個體身份，如蟻后與工蟻的分化中發揮著核心作用。

然而，不同種類的螞蟻在調節“誰當蟻后、誰當工蟻”的過程中，這些信號通路的作用機制存在差異，反映出它們在自然選擇下的適應性演化。例如，在社會性復雜度不同的物種中保幼激素與胰島素信號通路發生了不同的適應性改變。同時，生物學實驗證實了MAPK信號在螞蟻品級分化中的調控作用。

螞蟻社會的復雜組織結構來源于多個表型性狀與生活史特征之間的相互作用。研究發現，決定螞蟻社會性的兩個關鍵因素是巢穴的群體規模，以及蟻后與工蟻之間的分化程度。這兩者為其他社會性狀的演化（如工蟻的體型差異、生殖能力的喪失等）奠定了基礎。不同社會性狀之間存在共享的遺傳基礎，往往作用于一組重疊的核心基因，并呈現出趨同的自然選擇信號。這些性狀之間的相關性，與基因組中自然選擇的強化或減弱信號高度重疊，部分選擇效應可能受到保守信號通路的調控。這些社會性狀之間相互關聯，進而重塑了核心基因調控網絡，而這些核心基因調控網絡則共同驅動了螞蟻社會性狀的演化進程。

螞蟻不同品級的演化（丁果 制）

文章共同第一作者、中國科學院大學與華大生命科學研究院聯合培養博士熊子軍介紹說：“以保幼激素和胰島素信號為核心的保守通路在螞蟻社會性演化中發揮著重要作用，螞蟻中許多社會性狀之間存在顯著的相關性，共同塑造了螞蟻表型的多樣性。我們的研究從基因水平、基因家族、基因調控網絡和保守信號通路等多維度深入揭示了驅動螞蟻社會性演化的分子遺傳基礎。”

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文章共同通訊作者、中科院昆明動物研究所劉薇薇副研究員補充道：“研究加深了我們對社會性演化的理解，不僅構建了全面的性狀/生活史數據集，而且建立了候選基因與螞蟻社會性相關性狀的功能聯系，這為解析動物復雜性狀的遺傳機制提供了重要啟示?！?/p>

華大生命科學研究院基因組多維解析技術全國重點實驗室李啟業研究員表示：“這是全球螞蟻基因組聯盟（GAGA）的首項重要研究成果。螞蟻還有很多有趣的問題有待探究，包括蟻后為何能如此長壽、相同的基因組如何產生成表型截然不同的成體、螞蟻核型快速演化的原因和意義是什么等。我們將進一步利用多組學技術深入探索螞蟻社會的奧秘，期待在此領域迎來更多突破性發現?！?/p>

“從宏觀演化層面，我們的研究闡釋了基因組演化和螞蟻物種輻射性演化的相關性。通過對不同社會組織結構的螞蟻物種的比較，我們尋找到與螞蟻生殖分工和社會性特征相關的關鍵調控基因，揭示了基因網絡-社會性特征網絡協同演化的規律。”項目的主要發起人、文章通訊作者、浙江大學生命演化研究中心張國捷教授總結說，“在基因網絡模塊重塑的過程中，不同表型性狀相互關聯、協同演化，最終促進了螞蟻物種和社會性狀的多樣化?！?/p>

浙江大學生命演化研究中心張國捷教授、中科院昆明動物研究所劉薇薇副研究員、哥本哈根大學Jacobus J. Boomsma 教授、德國明斯特大學Lukas Schrader助理教授共同擔任通訊作者。哥本哈根大學Joel Vizueta博士、中國科學院大學與華大生命科學研究院聯合培養博士熊子軍（現任南昌大學青年教師）、浙江大學博士后丁果為論文共同第一作者。華大生命科學研究院基因組多維解析技術全國重點實驗室李啟業研究員、華大生命科學研究院助理研究員戴瑋、蔣煒等為本研究提供了重要的支持。