昆蟲當中的群體合作是怎麼產生的？最新研究揭示合作起源

一項新的研究表明，蟻群的數量達到6隻就會出現分工。該研究或能幫助加深對複雜群體行為產生過程的理解。

一群攜帶幼蟲的無性「掠奪蟻」，它們被用獨特的油漆標記進行行為跟蹤；供圖：DanielKronauer

來源 | AIP Inside Science

作者 | Charles Q. Choi

一群螞蟻形成的蟻群，其行為在某種意義上類似於人類社會。蟻群中有明確的分工，有專職生育的蟻后，也有無生育能力的工蟻。現在，科學家正在研究一種能夠自然克隆自己的螞蟻，以揭示這種分工是如何進化的，從而加深對群體行為產生過程的理解。

你如果親眼目睹孩子們為玩具而打架的話，你可能會從中聯想到大自然的冷酷無情，「大自然的牙齒和爪子都是血色的」。事實上，生存競爭驅動了野生動物的許多行為，這就出來一個問題：個體之間的合作最初是如何進化出來的？

蟻群中的明確分工；圖片來源於網路

「為什麼一個單獨的個體融入群體是一個重中之重的問題？因為人們會認為，至少在最初階段，這樣單獨的個體應該在資源上競爭，而不是分工和互補，」這項研究的作者、紐約洛克菲勒大學的進化生物學家丹尼爾·克羅諾爾(Daniel Kronauer)說。

為了進一步了解群體行為的進化，克羅諾爾和他的同事們對一種原產於亞洲大陸的克隆掠奪者螞蟻(Ooceraea biroi)進行了實驗，這種螞蟻會襲擊其他螞蟻的巢穴以餵養它們自己的後代。與其他螞蟻不同的是，這種螞蟻沒有蟻后，與之相反，每隻螞蟻都會下蛋，孵化的都是自己的克隆體，基因上完全一致。由於所有的克隆掠奪者螞蟻都是工蟻，科學家們推斷這個物種的行為可能類似於螞蟻的獨居祖先，因此可以解釋這種昆蟲的勞動分工是如何進化的。

科學家們給每隻螞蟻畫上了獨特的識別標記，並用32台數碼相機和動作跟蹤軟體同時觀察了112個蟻群。所有蟻群放置1到16隻螞蟻，並確保一個巢穴的螞蟻具有一樣的基因和一樣的年齡。在大概40天時間裡，他們監控螞蟻在它們的生殖階段和撫育幼蟻階段的表現行為。在生殖階段，螞蟻會待在蟻巢產卵，在撫育幼蟻階段，螞蟻會時不時離開蟻巢，去獲取食物或者處置排泄物。

研究人員發現，在僅有6隻螞蟻的蟻群中，分工就有可能會出現了——有一些螞蟻似乎更喜歡執行一組任務，而不是另一組任務。隨著蟻群數量的增加，螞蟻的活動變得更加專業化，在蟻群中看到的行為也變得更加多樣化。

此外，研究人員還指出，隨著蟻群規模的擴大，巢穴內部的分工會更加穩定。這反過來又提高了種群的整體適應性，例如存活率和繁殖水平。

螞蟻的分工協作會使他們的工作更高效；圖片來源於網路

克羅諾爾說:「我們的研究表明，即使是非常小的群體也能比單個個體本身做得更好，而且分工幾乎可以立即以一種自組織的方式出現。」「這和我們預期的很不一樣，它意味著群體生活可能相當容易進化形成，並不構成一個進化上幾乎無法克服的主要障礙。」

即使在相對較小的規模上，這種群體分工行為的好處也會有助於解釋大型複雜群體最初是如何進化形成的。「這項研究表明，在受控的實驗環境下，分工的緊湊度確實會影響群體對環境的適應性，而群體大小是關鍵的一部分，」坦佩市亞利桑那州立大學的行為生態學家詹妮弗·費厄爾(Jennifer Fewell)說，她沒有參與這項研究。「這有力地證明了分工的重要性，以及自組織效應對個人和群體成功的更普遍影響。」

克羅諾爾和他的同事的下一步計劃是，看看如果讓每個蟻群中的螞蟻的基因和年齡變得更加多樣化會發生什麼。「我們預期這應該是有益的，比如，一般而言更多的異質個體可能更有效地促成分工，」克羅諾爾說。「但事實究竟是否如此，要看過之後才知道。」

該研究的細節發表在8月22日的《自然》雜誌上。

翻譯 | 李軍

責編 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/ant-experiment-may-show-origins-insects%E2%80%99-teamwork

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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