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蚂蚁幼虫能力惊人,攸关整个族群生死存亡

2017/4/11 22:25:32 来源:网易科技 作者:小小 责编:骑士

研究人员怀疑,这些蚂蚁幼虫在其出生的复杂社会中,对于加强整个族群的凝聚力发挥着至关重要的作用。德国雷根斯堡大学专门研究蚁群中个体作用的教授伊娃·舒尔特纳(Eva Schultner)说:“蚂蚁幼虫可能拥有独特的功能和社会等级,没有它们整个蚁群都无法正常生存。”

许多昆虫幼体外观与成年体很像,就像迷你版的成年体一样,只是腿部很短。但是蚂蚁幼虫很少有这样的特征,它们的身体上没有肢体,这让它们看起来似乎没有任何移动能力。为此,它们给人的印象是,只能被动地接受成年体的呵护。它们甚至没有触须,成年体蚂蚁可用触须感知周围环境和进行交流,因此生物学家们普遍认为,蚂蚁幼虫可能无法与周围环境互动。

图:子弹蚁(Bullet ant)与种子食物

然而事实上,这一切都是假象。有些蚂蚁幼虫可通过独特的摇摆或滚动身体方式向成年体发出信号,表示它们饿了!其他的蚂蚁幼虫,比如子弹蚁甚至可以直立站起。尽管没有腿,有些蚂蚁幼虫实际上依然可以移动,它们可以爬向被成年体捕获的昆虫或蠕虫。

除此之外,蚂蚁幼虫还隐藏有不同寻常的身体特征。举例来说,切叶蚁(Myrmecina ant)幼虫细长的头部非常适合喂养。成年体蚂蚁会撕裂螨虫,然后将其呈献给幼虫。切叶蚁幼虫细长的头部会伸入螨虫体内,吸收内部养分。而细胸蚁(Leptothorax ant)幼虫拥有互补功能,它们的腹部拥有独特的结构可充当食物篮,以便它们存放猎物。

许多蚂蚁幼虫的特写镜头显示,它们的身体上都有体毛覆盖,这些体毛也具有不同的功能。在森林蚂蚁中,这些毛发就像尼龙搭扣,可以让蚂蚁幼虫互相“绑起来”,以便工蚁轻松搬运它们。猛蚁(Pheidole rhea)的体毛末端有钩,成年体蚂蚁可以将它们挂在巢穴壁上。工蚁将它们挂起来,作为组织它们和确定喂食时间的方式。

这些体毛不仅可充当钩子,它们也可以帮助蚂蚁幼虫交流。黄蜂幼虫使用毛发作为主要的感觉器官,在蜂巢中时,它们可以感测到成年体黄蜂敲击蜂壁的震动。科学家们认为,这种震动在确定黄蜂幼虫发育成工蜂还是蜂后方面发挥了重要作用。舒尔特纳认为,蚂蚁幼虫的体毛也有类似作用,尽管还没有人进行相关研究予以证实。

除了毛发,有些蚂蚁幼虫还可通过发声器官进行交流。英国沃灵福德环境委员会生态水文研究中心的卡斯滕·斯古隆格(Karsten Schonrogge)发现,当某些切叶蚁幼虫虫蛹外壳变硬,专门的器官会帮助它们发出呼叫。成年体蚂蚁通常使用化学信号进行交流,但是研究人员认为,虫蛹的坚硬外皮可能阻止信息素分泌,从而鼓励幼虫使用声音进行交流。摩擦噪音似乎代表较高的社会地位,因为通常低级幼虫都无法发声。

有些蚂蚁幼虫的身体特征,甚至有利于整个族群。幼虫织网蚂蚁(Larval weaver ant)可以围绕虫蛹吐丝,而成年体蚂蚁可以用这些丝建设蚁巢。而且大部分是雌性幼虫从事这份工作,这表明幼虫之间也有明确分工。与此同时,当洪水来袭时,某些蚂蚁族群会利用幼虫的天然浮力帮助拯救整个族群。为了在洪水中生存下来,Formica selysi蚂蚁会将身体连起来形成漂浮的筏子,而更容易漂浮的幼虫往往充当筏底,尽管它们通常难以生存下来。

图:红火蚁(Red fire ant)中的工蚁和幼虫

与蚂蚁幼虫鲜为人知的身体特征相比,它们的行为似乎更加怪异。举例来说,蚂蚁幼虫通常充当“公共胃”。因为成年体的腰部很细,它们通常只能消化液体食物。而幼虫则可以代替成年体吃掉昆虫,然后产生可供长辈食用、富含营养的液态食物。

蚂蚁幼虫的“食物加工”策略各不相同。比如poneromorph蚂蚁幼虫利用唾液消化昆虫,然后将食物反刍给工蚁。工蚁再将这种食物喂给蚁后,它对蚁后产卵至关重要。Pheidole spadonia蚂蚁幼虫则以稍微不同的方式帮助成年体蚂蚁处理食物。在一项实验中,生物学家发现工蚁需要依赖蚂蚁幼虫软化猎物。工蚁会将果蝇肢解,然后将小块坚硬的身体部位放入幼虫嘴里,那里有专门存放食物的食槽。蚂蚁幼虫会向食物上分泌唾液,以消化和软化猎物器官组织。有时候,幼虫还会用下颚刺穿食物,向其中注入消化酶,加速消化过程。最后,工蚁吸收软组织,同时留下部分给幼虫。

图:红蚁(Myrmica ant)与它们的幼虫

蚂蚁幼虫有时候会以令人恐怖的方式为成年体蚂蚁提供帮助。Amblyopone silvestrii蚂蚁会刺穿幼虫的腹部管道吸血以维持生存,就像吸血鬼那样。这些蚂蚁捕食大蜈蚣,但并非总能成功,为此生物学家认为它们的吸血行为是一种适应能力,以帮助成年体补充营养。其他Amblyopone蚂蚁会挤压幼虫颈部提取唾液。Solenopsis蚂蚁则会捏幼虫的后端,迫使它们产生乳白色的滴状物,里面含有丰富的营养成分。

死亡的蚂蚁幼虫也可以被吃掉,只要它们不是死于某种传染疾病。在更极端的情况下,当食物短缺时,蚂蚁幼虫甚至被杀死和吃掉。舒尔特纳说:“这些蚂蚁幼虫实际上就是族群中随时可用的蛋白质包。如果蚁后处于饥饿危险中,它会吃掉幼虫或虫蛹。”

由于在提供食物过程中发挥着重要作用,蚂蚁幼虫实际上控制着蚁群的繁殖能力。因为蚁后需要蚂蚁幼虫提供的蛋白质才能产卵,其周围幼虫越多,其产卵能力就越强。此外,法老蚁(pharaoh ant)幼虫还能积极选择为成年体提供哪类食物,以便于不会浪费任何营养成分。它们会选择将营养成分交给处于繁殖期的成熟蚁后,而非不成熟的蚁后。化学信号可以帮助它们评估蚁后的繁殖能力。

图:日本木工蚁

蚂蚁幼虫还能通过其他方式调节繁殖。尽管工蚁通常可以自己产生后代,但当它们在蚁后身边负责照看卵时,经常停止繁殖。亚利桑那州立大学的杰西·艾比(Jessie Ebie)及其同事想要了解Novomessor cockerelli蚂蚁工蚁的繁殖方式。他们发现,工蚁产卵看起来与蚁后产卵几乎相同,为此艾比及其团队最初怀疑,蚁后卵上的化学标记有助于区分卵,并鼓励工蚁停止产卵。

艾比说:“我们惊讶地发现,不是蚁后的卵在发挥作用,而是蚂蚁幼虫促使工蚁推迟产卵。”当工蚁被蚁后所产的卵包围时,它们会继续照常产卵。但是当蚁后的幼虫出现时,工蚁就会停止产卵。艾比现在尝试解决蚂蚁幼虫如何抑制工蚁繁殖后代。它们可能发出信息素,或者工蚁为幼虫提供食物后,已经没有它们需要繁殖所需的营养。艾比表示:“在喂食蚁后和幼虫的同时,工蚁已经无法产卵。”

然而,蚂蚁幼虫中最神秘的行为似乎是同类相食行为,蚂蚁幼虫有时候会吃掉其他幼虫。舒尔特纳说:“对于社会性物种来说,协作和自我牺牲都是常见现象。而同类相食明显属于自私行为,这种行为令人感到困惑。”在最新研究中,舒尔特纳及其团队研究了同类相食蚂蚁幼虫是否能够帮助它们的近亲。蚁群通常是由关系并不亲密的蚂蚁组成,有时候这个群体拥有成千上万不同的家庭。研究人员推测,蚂蚁幼虫更有可能吃掉远亲,而非近亲。摆脱这些关系并不亲密的幼虫,可以帮助它们的家族接管蚁群。

通过对比8种蚂蚁在它们蚁群中的亲疏关系,舒尔特纳和她的同事们发现,在蚁巢中关系比较亲近的蚂蚁幼虫中,同类相食现象很少发生。这表明,蚂蚁幼虫能够区分远近亲疏关系,尽管它们是如何做到的还不清楚。舒尔特纳说:“这些蚂蚁幼虫能够评估周围环境,并根据不同的社会背景做出不同反应。”与雌性幼虫相比,雄性幼虫更有可能出现同类相食行为,但这种行为依然难以解释。

图:Maricopa harvester蚁与其他蚁群战斗

蚂蚁幼虫也可以吃掉入侵同类。许多蚂蚁都是“社会寄生虫”,它们靠窃取其他蚂蚁巢穴建立新的蚁群。年轻的蚁后通常会进入敌方的巢穴产卵,欺骗工蚁抚养它的后代。随着时间推移,它的后代就可占领蚁群。舒尔特纳和她的团队现在热衷于找出,蚂蚁幼虫是否通过同类相食行为保护家园。因为入侵的蚁后通常不会直接受到攻击和被杀死,他们怀疑防御方的幼虫可能通过杀死它的卵进行对抗。舒尔特纳说:“我们注意到,蚂蚁幼虫似乎对不同类型的卵反应不同,这可能是因为它们识别出寄生卵,并将它们吃掉。”

初步研究结果似乎支持舒尔特纳等人的推断。但是要找出蚂蚁幼虫如何分辨寄生卵依然是个挑战。成年体蚂蚁利用它们的触角感知周围环境,包括气味,但蚂蚁幼虫没有触角或气味检测器官。某些昆虫的幼虫身体某个部位拥有气味接收器,蚂蚁幼虫也可能拥有类似模式。舒尔特纳说:“这意味着它们可以评估自己所处的化学环境。”

当蚂蚁幼虫长大后,它们可能会失去许多神奇的能力,但它们的童年留下了印记。举例来说,蚂蚁幼虫很早就了解了“巢穴同伴”的气味,这似乎对它们成年时识别蚁群成员的能力产生影响。它们幼年时代获得的营养和环境也影响到它们会成为工蚁还是蚁后。在成年前,它们的体型会达到极限。

事实上,在很多方面,蚁群的未来及其后裔需要依赖幼虫。幼虫在发育过程中的经历产生的特性,可通过自然选择过程传给后代。某些兴盛的蚁群通常是卑微幼虫起源的产物。舒尔特纳说:“蚂蚁幼虫成年后可能变得不再重要,它们在发育过程中的经历反而会影响到其生命后期是否能取得成功。”

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