Cell：揭示蚂蚁具有一种专门的信息沟通处理中心

你是否曾注意到家里有一只蚂蚁，但一周后却发现整个蚁群都搬了进来？你设置的陷阱只抓到几只这样的蚂蚁，但很快，蚁群的其他部分就神秘地消失了。如今，在一项新的研究中，来自美国洛克菲勒大学的研究人员探讨了某些发出危险信号的信息素（pheromone）---蚂蚁彼此之间沟通而发出的气味标志物---如何激活蚂蚁大脑的一个特定部分，并能改变整个蚁群的行为。相关研究结果于2023年6月14日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Sparse and stereotyped encoding implicates a core glomerulus for ant alarm behavior”。

论文共同通讯作者、洛克菲勒大学的Taylor Hart说，“人类并不是唯一拥有复杂社会和沟通系统的动物。在进化过程中，与其他昆虫相比，蚂蚁进化出极其复杂的嗅觉系统，这使它们能够使用许多不同类型的信息素进行沟通，不同类型的信息素可能意味着不同的事情。”

这项新的研究表明，蚂蚁的大脑中有自己的一种沟通中心，类似于人类。这个中心可以解释来自其他蚂蚁的警报信息素（alarm pheromone），或者说“危险信号”。它们大脑的这一部分可能比其他一些昆虫（如蜜蜂）的大脑更先进，之前的研究已表明，蜜蜂反而依靠其大脑的许多不同部分来协调对单种信息素的反应。

论文共同通讯作者、洛克菲勒大学的Daniel Kronauer说，“在蚂蚁的大脑中似乎有一个感觉中心，所有引起恐慌的报警信息素都会进入这个中心。”

这些作者使用一种叫做GCaMP的工程化蛋白来扫描暴露在危险信号下的毕氏粗角猛蚁（clonal raider ant）的大脑活动。GCaMP的工作原理是将自身附着在钙离子上，而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适合于观察它们的高分辨率显微镜上看到。

在进行扫描时，这些作者注意到，只有一小部分蚂蚁的大脑在对危险信号作出反应时发出荧光，但是这些蚂蚁仍然表现出即时和复杂的反应行为。这些行为被命名为“恐慌反应（panic response）”，因为它们涉及诸如逃离、撤离巢穴和将它们的后代从巢穴运送到一个更安全的地方等行动。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.025。

具有不同蚁群规模的蚂蚁物种也使用不同的信息素来传达各种信息。Hart说，“我们认为，在野外，毕氏粗角猛蚁的蚁群规模通常只有几十到几百个个体，就蚂蚁群而言，这是相当小的。通常，这些小蚁群往往以恐慌反应作为它们的报警行为，因为它们的主要目标是逃跑和生存。它们不能让大量的个体冒险。与毕氏粗角猛蚁有亲缘关系的行军蚁（army ant）有大规模的蚁群---几十万或几百万个个体，它们可以更具攻击性。”

无论哪种物种，蚁群内的蚂蚁都是按等级和角色划分的，不同等级和角色的蚂蚁的解剖结构略有不同。就这项新的研究而言，这些作者选择了毕氏粗角猛蚁，因为它们很容易控制。他们使用一种等级和角色中的一种性别的蚂蚁（雌性工蚁）来确保一致性，因此更容易观察到广泛的模式。一旦他们对等级、性别和角色之间的神经差异有了更清楚的了解，他们可能会更好地理解不同的蚂蚁大脑究竟如何处理相同的信号。

Hart说，“我们可以开始研究不同蚂蚁之间这些感官表征的相似或不同之处。”Kronauer说，“我们正在研究劳动分工。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?”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Taylor Hart et al. Sparse and stereotyped encoding implicates a core glomerulus for ant alarm behavior. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.025.

2. Ants have a specialized communication processing center that has not been found in other social insects
https://phys.org/news/2023-06-ants-specialized-communication-center-social.html