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2024

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蚂蚁大脑有个“情报中心”


你是否曾经注意到这个现象?家里出现一只蚂蚁,很快整群蚂蚁都搬进来了;你设置了陷阱只捕获了几只蚂蚁,但很快剩下的蚂蚁就神秘地消失了。

现在,美国科学家发现了其背后的秘密:某些信号信息素,即蚂蚁相互交流时发出的气味标记,会激活蚂蚁大脑的特定部分并改变整个蚁群行为。相关研究6月14日发表于《细胞》。

“人类并不是唯一拥有复杂社会和交流系统的动物。”论文第一作者、洛克菲勒大学的Taylor Hart说,“在进化过程中,与其他昆虫相比,蚂蚁进化出了极其复杂的嗅觉系统,这使得它们能够使用许多不同类型的信息素进行交流,这些信息素可能代表着不同的事情。”

这项研究表明,蚂蚁大脑中有一个交流中心,与人脑相似。这个中心可以解读来自其他蚂蚁的报警信息素,或“危险信号”。它们大脑的这一部分可能比蜜蜂等其他昆虫更先进。之前有研究表明,蜜蜂依靠大脑的许多不同部分来协调对单一信息素的反应。

“蚂蚁大脑中似乎有一个感觉中枢,所有能引起恐慌的警报信息素都会被输入。”通讯作者、洛克菲勒大学的Daniel Kronauer说。

研究人员使用一种叫做GCaMP的工程蛋白扫描了暴露在危险信号下的无性繁殖蚂蚁的大脑活动。GCaMP的工作原理是将自身附着在钙离子上,钙离子会随着大脑活动而爆发,由此产生的荧光化合物可以在高分辨率显微镜下被观察到。

在进行扫描时,研究人员注意到,只有一小部分蚂蚁的大脑会对危险信号做出反应,但蚂蚁仍然表现出即时和复杂的反应行为。这些行为被称为“恐慌反应”,因为它们包括逃跑、撤离巢穴、将后代从巢穴转移到更安全的地方等行为。

来自不同规模蚁群的蚂蚁也使用不同的信息素来传递各种信息。“我们认为,在野外,无性繁殖的蚂蚁通常只有几十到几百只,通常情况下,这些小群体倾向于将恐慌反应作为它们的警报行为,因为它们的主要目标是逃跑和生存。”Hart说。

不管是什么蚁种,蚁群中的蚂蚁都是根据等级和分工来划分的,不同蚂蚁的解剖结构也略有不同。为此,研究人员选择了毕氏粗角猛蚁,因为它们易于控制。他们使用雌性工蚁来确保一致性,以便更容易观察到广泛的模式。一旦研究人员对蚂蚁等级、性别和分工之间的神经差异有了更清晰了解,他们就能更好地理解不同蚂蚁的大脑是如何处理同样信号的。

“我们正在研究蚂蚁劳动分工,以便弄清为什么基因相同的个体在群体中承担不同的任务,这种分工是如何进行的。”Kronauer说。