「變種螞蟻」來襲！而且它們還反社會

也許，早在五十年代的怪獸電影中，你可能就已經見過變異螞蟻，但當科幻成為現實之時，培養變異螞蟻這一任務充滿著挑戰。數十年來，生物學家已經成功改變了小鼠、水稻、果蠅等多種生物的遺傳性狀，惟獨螞蟻，因其複雜的生命周期，基因變異的研究一直停滯不前。

本周四，兩個獨立的課題組同時在《細胞》雜誌上發表了兩篇敲除螞蟻基因的研究論文，一同發表的還有另一項利用腦激素改變螞蟻生活習性的研究。

論文作者之一、紐約大學生物學家Claude Desplan透露：螞蟻是第一種成功實現基因變異的社會性昆蟲。

儘管基因相似，螞蟻種群內部卻有著截然不同的社會分工。雌蟻可能成為有生殖能力的蟻后、無法生育的工蟻或兇猛的兵蟻。雄蟻有翅膀，壽命很短，僅在特定時候出現，專為交配而存在。因此，為了保證突變的基因代代相傳，需要利用蟻后進行繁殖。

論文作者、洛克菲勒大學生物學家Daniel Kronauer認為，螞蟻身上有許多值得研究的生物學問題，這一點是果蠅和小鼠做不到的。如果將一千隻果蠅放到臟桶里，它們只會打架或交配，而螞蟻則會按部就班地築巢、繁殖、覓食。

表觀遺傳學主要研究的是基因的顯、隱性對昆蟲個體性狀產生的影響。而螞蟻的神奇之處在於，在基因相同的情況下，同一隻螞蟻既可能成為蟻后、工蟻，也可能成為兵蟻。

Desplan的研究組選擇了印度跳蟻(Harpegnathos saltator)作為研究對象，其特殊之處在於所有螞蟻都擁有潛在的繁衍後代的能力。產卵之前，工蟻必須首先成為偽蟻后。如果種群失去了蟻后，那麼工蟻就會經歷一個儀式化的觸角決鬥，勝者將成為偽蟻后。

Kronauer和洛克菲勒大學研究生Waring Trible共同研究了畢氏粗角猛蟻(Ooceraea biroi.)。與大多數常見螞蟻不同，畢氏粗角猛蟻的繁殖屬於無性繁殖中的單性繁殖(virgin birth)，後代最終成為雌蟻的克隆體。這種生殖現象也常見於蛇、蜥蜴和鯊魚的繁衍。這兩種不同研究擁有相同的目的：培育能攜帶突變基因的母蟻。

科學家們使用CRISPR-Cas9對螞蟻基因進行改造，使嗅覺受體中的關鍵成分——信息素的表達減弱。

儘管螞蟻體內有數百種嗅覺基因，但只要敲除一種特定基因orco(odorant receptor co-receptor，嗅覺共同受體)將會直接導致螞蟻的嗅覺系統失去作用。

「敲除每一個嗅覺基因是不可能的」，Kronauer說，但orco擁有決定作用。敲除該基因後，螞蟻失去了90%的嗅覺能力。

基因編輯後的印度跳蟻行為發生了顯著變化，它們離開種群，不再覓食。如果隔離一個突變的印度跳蟻，雖然其他的螞蟻仍然可以參與繁殖，但偽蟻后的產卵量變少，繁殖能力減弱。如果再將這些突變體置於無蟻后的種群中，它們不會參與觸角決鬥。相反，它們只是在獨自一人的時候揮動觸角，好似練習拳擊。

無法察覺到信息素的畢氏粗角猛蟻也表現反常。通常，它們會避開記號筆的氣味，但基因編輯後的螞蟻會在記號筆線條上爬行。

和印度跳蟻一樣，畢氏粗角猛蟻的突變體也不再具有社會性。它們不再融入種群，到處轉悠，不會像從前一樣，跟著其它螞蟻產生的信息素爬行。

還有一些奇怪的現象產生。一隻變異母蟻偷走一個卵並利用觸角開始孵化。突然間，它開始分泌了過量的警告信息素，致使其他的非變異螞蟻焦躁不安。

如今，科學家們已經成功實現利用基因編輯改變螞蟻社會行為。下一步，Kronauer計劃研究螞蟻種群內部如何分工勞動。

不妨打個比方，有兩個人住在同一公寓，當臟盤子堆積起來，有「潔癖」的室友將會更勤快地洗碗，從而成為「洗碗專家」。此前的研究方法將是改變外部環境(去除洗碗機)，觀察會產生什麼現象。通過遺傳調控，Kronauer計劃直接調節螞蟻的內部閾值。

除感官知覺外，Desplan還對螞蟻的壽命充滿興趣。工蟻大約能活七個月，成為偽蟻后則能活四年。這就像一個人活到了85歲，而另一個人能活到550歲。壽命延長10倍，簡直是匪夷所思。

成為偽蟻后的工蟻一旦接觸到新的蟻后信息素，則會回到工蟻的身份，並在幾個月內死亡。 這意味著必須有一個可逆的遺傳開關來控制螞蟻的壽命。

包括蜜蜂研究專家在內的其他生物學家正在密切關注變異螞蟻模型，並考慮採用類似的方案開展針對其他物種的研究。

Desplan則認為，變異螞蟻模型的成功為其他動物的基因編輯打下了堅實的基礎。如果傳統的生物學方法是研究果蠅和小鼠這樣的模式生物，那麼基因工程技術能讓生物學家對更加合適的動物開展研究。

一些昆蟲學家之所以成為研究螞蟻的專家，因為他們對螞蟻「愛得深沉」。對於Desplan來說，他已和包括果蠅、黃蜂、蝴蝶在內的許多昆蟲一同「並肩作戰」。而現在名單中又多了一項——變異螞蟻。

「我們成為螞蟻專家，是因為工作需要，而非天生使然。」如果這些突變螞蟻模型符合Desplan和Kronauer的預期，未來這一研究領域的專家數量將會進一步增加。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！