編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

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螞蟻是一種社會性的昆蟲，它們會群居在一起，并在群體內(nèi)部建立明確的社會分工。一般來說，螞蟻分為：蟻后，工蟻，兵蟻，雄蟻等。

蟻后負責生產(chǎn)，工蟻負責收集食物以及照料蟻后和幼蟻，兵蟻負責防御蟻巢，雄蟻則只負責與蟻后交配。這種分工我們有時候可以直接通過螞蟻的體型來進行辨認。

切葉蟻中不同等級的工蟻（左側(cè)7個）以及蟻后（右側(cè)2個）

（圖片來源：維基百科）

但這都是成熟的大型螞蟻群落才能看到的場面。那么，在蟻群建立之初，它們是如何開局的呢？

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“開局一只蟻，裝備全靠撿”

在螞蟻群落建立之初，它們往往會經(jīng)歷極為艱難（類似于“開局一條狗，裝備全靠撿”）的開局：往往是一只蟻后前往新的區(qū)域，在經(jīng)過定居、捕食、產(chǎn)卵、孵化等漫長的流程后，蟻群內(nèi)的螞蟻才會緩慢增長到足夠安全的地步。而在這期間，它們可能會因為被捕食、采集的食物不足或者是被病菌感染而全滅。因此，總得來說，其實蟻群能夠成功立足的概率還是比較低的。

在這些導致蟻群全滅的因素中，病菌（尤其是傳染性病菌）的感染格外重要，因為病菌感染的早期往往難以察覺，但到了晚期卻一切都已經(jīng)晚了。

在成熟的蟻群中，由于螞蟻數(shù)量充足，它們往往可以通過多種方式避免病菌的擴散，比如：

（一）回避：主動回避被污染的區(qū)域，關(guān)閉巢穴入口，拒絕被污染的個體進入巢穴；

（二）主動清理：通過互相清理身上的病菌，將死亡個體搬到隔離區(qū)等方式來主動清理巢穴內(nèi)的病菌。

但是在初生的蟻群中，由于“蟻力”資源有限，往往無法做到上述條件。因此，對這種處于起步階段的蟻群的防疫手段，科學家們非常好奇。最近，就有科學家專門進行了觀察和實驗。

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幼蟻被感染了，蟻后怎么辦？

通過觀察和實驗發(fā)現(xiàn)：對蟻后來說，最有效的防疫方法就是吃掉被感染的幼蟻或蟻卵，重復利用它們的營養(yǎng)來生產(chǎn)干凈蟻卵。

這個實驗利用了黑毛蟻（Lasius niger）和綠僵菌（Metarhizium）。其中，黑毛蟻是一種在全球都有分布的螞蟻，它們的一個蟻群中只有一個蟻后。每年秋季左右，蟻后婚飛后會獨自建造巢穴（一般是在濕潤的土層中自行挖洞），挖好后，蟻后會堵住入口，并開始產(chǎn)卵（產(chǎn)卵后體型可能會下降50%）。

圖為婚飛后黑毛蟻蟻后，目前還帶著翅膀，隨后她會吃掉自己的翅膀，盡量積攢更多的有機物

（圖片來源：Wikipedia）

第一批卵要經(jīng)過數(shù)周才會孵化并成為最初的工蟻。這些工蟻體型很小但卻極為關(guān)鍵，它們一出生就會開始為蟻后尋找食物，一旦這批工蟻死亡，饑餓的蟻后也會走向末路。

綠僵菌則是一種土壤中的常見真菌，它們會寄生到多種昆蟲體表，其孢子發(fā)芽后出現(xiàn)的菌絲會穿透昆蟲體表，并進入昆蟲體內(nèi)發(fā)育。昆蟲在被感染后的數(shù)天內(nèi)就會死亡。死亡后的昆蟲體表會被一層綠色的孢子覆蓋。由于這種真菌感染的昆蟲包括白蟻、蝗蟲等多種害蟲，因此它們也會經(jīng)常被用以制作一種防治害蟲的生物殺蟲劑。

感染綠僵菌的蟑螂尸體

（圖片來源：Wikipedia）

在實驗組中，科學家們首先讓黑毛蟻自然產(chǎn)生第一批幼蟲。然后從自然感染綠僵菌的黑毛蟻中提取出菌株，并用菌株感染其中的5只幼蟲。此后，將這些幼蟲隔離24小時——這個時間正好讓菌株發(fā)育，成為致命病菌的同時且不具感染能力。最后，再將感染后的5只幼蟲放回蟻巢中，觀察蟻后的反應。

在對照組中，則選取5只幼蟲，進行除感染之外的其他相同操作。將幼蟲放回蟻巢中后，同樣，觀察蟻后的反應。

據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，實驗組中，92%的蟻后會選擇吃掉受感染的幼蟲，且不留任何殘骸。而在對照組中，僅有6%的蟻后吃掉了幼蟲。

視頻1：正在吃被感染幼蟲的蟻后

（視頻來源：參考文獻2）

由于對照組表明，在正常情況下，蟻后往往也會食用已經(jīng)死亡的幼蟲的尸體來回收營養(yǎng)物質(zhì)。因此，為了確定蟻后吃掉幼蟲到底是因為幼蟲感染了病菌，還是僅僅因為幼蟲死亡了，科學家們進一步為蟻后提供了：（1）感染的幼蟲、（2）凍死的未感染幼蟲、（3）未感染的正常幼蟲，作為對照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，感染的幼蟲的被食用率比另外兩組幼蟲的被食用率要更高。

被感染幼蟲被蟻后食用的幾率更高

（圖片來源：參考文獻2）[1]

科學家們認為，這些蟻后可能有某種感知幼蟲是否被感染的手段。類似于人類通過測量體溫來檢測是否得病一樣，只是蟻后并不依靠體溫，而可能幼蟲在被感染后，其表皮會產(chǎn)生某種獨特的變化，或產(chǎn)生某些化合物，蟻后通過這些變化來探測幼蟲是否感染。

實驗的最后，吃掉被感染幼蟲的蟻后，其存活率跟其它兩組蟻后的存活率差不多，這說明，蟻后的這種防疫方法是卓有成效的。

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吞食感染幼蟲后，蟻后為什么不會被感染？

但是，為什么吞食掉被感染的幼蟲后，蟻后不會被感染呢？

理論上，在吃掉被感染的幼蟲時，蟻后也會把菌株直接吞進肚子里，反而會造成菌株直接在體內(nèi)生長。科學家們推斷，這是因為蟻后可能會通過吞食它們自身的酸性毒液來殺死體內(nèi)的菌株，因為他們觀察到蟻后會梳理它們的毒液腺。

為了更進一步理解蟻后為什么會吃掉被感染的幼蟲，科學家們還模擬了蟻后無法檢測和吃掉被感染幼蟲的情況：他們向蟻后投放了感染階段到末期的幼蟲以及對照組幼蟲。

在感染階段末期，真菌已經(jīng)消耗完了幼蟲體內(nèi)的營養(yǎng)，進入到生產(chǎn)大量孢子的階段，會產(chǎn)生成百上千個微小的、新的、具有感染性的孢子子實體。

據(jù)科學家們觀測，蟻后會試圖向正在產(chǎn)生子實體的幼蟲尸體噴灑抗菌毒液，這是一種非常主動的防疫措施。但盡管如此，若蟻后在消耗完它們體內(nèi)的毒液后，依然無法消除子實體，它們自身就會感染病菌并死亡。在實驗中，大約80%的蟻后因此死亡，即使少數(shù)蟻后幸存下來，其幼蟲也會被陸續(xù)感染而死亡。

視頻2：正在向被感染幼蟲噴灑毒液的蟻后

（視頻來源：參考文獻2）

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研究表明，蟻后的“創(chuàng)業(yè)”思路是有成效的

在進一步的實驗中，科學家發(fā)現(xiàn)，那些吃掉被感染幼蟲的蟻后在隨后的產(chǎn)卵過程中，比那些不吃掉被感染幼蟲的蟻后的產(chǎn)卵量多了55%。

因此，科學家們認為，這種“吃掉被感染幼蟲”的做法，不僅能有效控制傳染病，還是生存策略的一部分，因為在“創(chuàng)業(yè)”前期，每一個幼蟲都至關(guān)重要，它們孵化后產(chǎn)生的工蟻數(shù)量是決定蟻巢起始資源收集數(shù)量的多寡——工蟻數(shù)量越多，收集的食物越多，產(chǎn)卵就越多，后續(xù)產(chǎn)生的工蟻也越多，蟻巢的存活率自然也越高。

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參考文獻：

1. Cremer S, Pull C D, Fürst M A. Social immunity: emergence and evolution of colony-level disease protection[J]. Annual Review of Entomology, 2018, 63(1): 105-123.
2. Bizzell F, Pull C D. Ant queens cannibalise infected brood to contain disease spread and recycle nutrients[J]. Current Biology, 2024, 34(18): R848-R849.