蚂蚁社会分工的神经机制被揭示

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  本报北京6月16日电（记者张蕾、张晓华）我国科学家通过构建法老蚁不同品级大脑单细胞转录组图谱，揭示出蚂蚁不同品级个体的社会分工和展现出的行为差异与其大脑特化程度有关。该研究获得涵盖法老蚁工蚁、处女繁殖蚁、雄蚁、蚁后4种全品级大脑共206367个高质量的单细胞转录组数据，是世界上首个全面覆盖蚂蚁社会中所有分工角色的单细胞图谱。相关研究成果16日发表于权威学术期刊《自然·生态与演化》。

  “同一个体的体细胞具有相同的遗传物质，不同的体细胞则具有不同功能，这是不同细胞不同基因转录的结果。通过对不同细胞转录情况进行测序和分析，可以确定这些细胞承担的功能。”谈到蚁群社会分工的神经调控机制，论文第一作者、深圳华大生命科学研究院研究员李启业说。

  研究显示，负责高级认知功能的蘑菇体和负责处理气味信息的细胞在工蚁里丰度极高，这意味着工蚁倾向于嗅觉感知和处理复杂信息，拥有灵活的行为策略；雄蚁大脑的细胞组成趋势与工蚁相反，视叶细胞丰度很高，嗅叶和蘑菇体相对不发达，这与它仅担负交配职责而完全不参与蚁巢其他工作的行为相关；处女繁殖蚁和蚁后具有中间形态的大脑，意味着它们具有相对全面的行为模式。研究同时发现，在处女繁殖蚁交配后转变为蚁后的过程中，视叶细胞类群的丰度降低，这与蚁后长期适应黑暗的巢内环境相关；多巴胺细胞及其下游神经肽细胞丰度增加，一类具有神经保护功能的胶质细胞丰度也显著增加。论文共同通讯作者、中国科学院昆明动物研究所副研究员刘薇薇介绍，这揭示了蚁后成熟过程中调控生理、行为发生剧烈变化的神经机制，“大脑细胞类群的变化和神经环路的重塑决定了其职责功能的转变及寿命的极度延长”。

  研究还综合比较了法老蚁、印度跳蚁、蜜蜂及果蝇的大脑细胞类群组成及其功能特点。“尽管在进化史上已分开数亿年，蚂蚁和果蝇大脑中仍有很多种类的细胞保持同样的分子特征，行使相似的功能。”论文共同通讯作者、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷指出。