它们有着高度组织化的大家庭；它们分工明确，各司其职；它们合作无间，大局为重。它们是，真社会性动物的典型代表——蚂蚁。长期以来，蚂蚁的群体一直是使科学家们兴致盎然的研究主题。而在最新一期的《科学》杂志上，美国，宾夕法尼亚大学的雪莉·贝格（Shelley L. Berger）和同事又揭开了关于蚂蚁分工的一大问题。
去守卫，还是去觅食？
贝格研究组的研究对象是一种叫佛罗里达弓背蚁（Camponotus floridanus）的蚂蚁。和许多其他蚂蚁一样，它们每个蚁群中都有一个只繁殖不干活的蚁后，负责产下足够的卵去维系自己的部落。其中，不受精的卵会发育成雄蚁，而受精的卵则绝大部分会发育成雌性工蚁，负责守卫巢穴和搜寻食物。
具体而言，工蚁又分为两种——那些个头大一点的（Major）负责保卫巢穴，击退敌人，不妨称为“守卫蚁”；而个头小一点的（Minor）则主要负责探索周边环境，找到食物喂饱大家，不妨称为“觅食蚁”。
大家都是工蚁，为什么一些就可以长得孔武有力只用看家，另一些却“天生劳碌命”只能终日为大伙儿的食物奔波？研究者决定找出影响工蚁分化的关键。
佛罗里达弓背蚁的工蚁依据体型具有不同的分工。个头较小的工蚁（上）具有明显的觅食行为，而个头较大的工蚁（下）几乎不参与觅食。图片来源：参考文献[1]
行为，受表观遗传干预
有趣的是，研究者注意到，虽然这两种工蚁从形体大小到角色分工都截然不同，它们的基因却几乎是一样的。引起这些姐妹之间巨大差异的，并不是它们基因的序列本身，而是这些基因表达的方式——是对同一遗传指令的不同“解读”程度，造就了它们的形态和行为差异。
相对娇小的觅食蚁（Minor）和头大身长的守卫蚁（Major）其实有着几乎相同的基因组。既然如此，有没有办法让守卫去干觅食的活？图片来源：Carla Schaffer/AAAS
研究发现，随着蚂蚁的发育，有一些基因的修饰发生了不同。其中一个编码组蛋白脱乙酰酶的基因H3K27ac似乎就具有典型的“阶级特异性”——不同职能的工蚁，这一基因的表达状况大相径庭。
贝格的研究小组首先决定利用一些药物特异性地抑制这一基因的功能。他们使用了不同浓度、不同抑制强度的药物。发现随着药物抑制强度的增加，“劳碌命”的小工蚁觅食和侦查的行为变得更为明显。而药物的轻度抑制能够使得司职守卫的大工蚁也开始觅食，但提高抑制强度后，它们反而无动于衷。
为什么同样的药物会有不同的效果？研究人员推测，这可能是已经发育成熟的“守卫”对药物不再敏感。
为了验证这一点，研究人员对刚羽化的守卫蚁下手了。由于这些守卫蚁在大脑仍在发育的时候即被注射用于抑制基因功能的药物，最终，它们的行为与觅食蚁趋于一致。一针过后，这些年轻守卫蚁会放下“只干架不觅食”的架子，死心塌地地参与觅食和侦查，而这一效果在长达30-50天的时间中仍未消失。
通过改变守卫蚁相关基因的表达情况，研究者成功改变了守卫蚁的行为模式，让“绝不觅食”（Will not forage for food）的守卫蚁参与觅食。图片来源：Carla Schaffer/AAAS
"一针换工"的启示
值得注意的一点是，至少从目前的数据看，促成工蚁的分工差异原因在于基因表达的不同修饰，而非基因本身的不同。研究人员认为，这样的差异能够使得蚁群能够适应快速变换的环境。在食物丰沛的日子里，也许觅食不是一件困难的事情，更多的蚂蚁会投入保卫巢穴的战争；而在食物短缺的日子里，也许觅食和侦查的人手不足，这样就需要由更多的觅食蚁。相比于基因差异，修饰上的不同改变起来相对更容易，这也使得整个蚁群具有更强的适应能力。
此外，贝格的研究成果还表明，利用表观遗传学的手段，人们能够对群居性昆虫的分工行为进行定向改造。在一个复杂的社群网络中，从单一因素入手，也许会使得研究更为简单。在病虫害防治中，或许人们也能够从中得到参考。（编辑：Calo）
参考文献：
- Simola et al. Epigenetic (re)programming of caste-specific behavior in the ant Camponotus floridanus. Science Vol. 351 no. 6268 DOI: 10.1126/science.aac6633