弱蚂蚁凭借数量优势征服了地球
从X射线断层扫描中重建的一只蚂蚁工蚁（Myrmoteras sp.）外骨骼的三维重建。图片来源：朱利安·卡茨克
（蜘蛛网eeook.com）据《大众科学》（安德鲁·保罗）：这里有个有趣（也令人毛骨悚然）的事实：地球上大约有20万亿只蚂蚁。如果要加零，大约就是我们周围生活着的六足昆虫中大约有20,000,000,000,000只。这些体型微小的生物是如何获得它们在地球上显赫且生态上至关重要的角色的？
据一组昆虫学家称，答案可能是进化上对质量数量的偏好。他们的发现在今天发表在《科学进展》期刊上的一项研究中得到了探讨，可能有助于解释更大动物中的遗传复杂性。
剑桥大学动物学家兼研究合著者亚瑟·马特在一份声明中解释道：“蚂蚁无处不在。”“然而，促成它们庞大群落和惊人多样化的基本生物学策略仍不明确。”
为了研究，Matte和他的合作者专注于每只昆虫的角质层。对于人类来说，甲皮通常指的是靠近指甲和脚趾甲的厚厚且具保护性的皮肤层。蚂蚁的整个外骨骼上长出一层角质层。除了保护它们免受捕食者、疾病和干燥外，蚂蚁的表皮还作为肌肉的结构支撑。
然而，这些福利并非免费。角质需要大量养分来维持，尤其是像氮和多种矿物质这样的稀有元素。表皮越厚，蚂蚁需要的食物越多。放大后，可能会限制殖民地的总人口。这一基本原则远远超出了漏洞本身。
“生物学中有一个问题，就是随着社会变得更复杂，个体会发生什么，”研究合著者、马里兰大学昆虫学家埃文·埃科诺莫补充道。“例如，个体本身可能变得更简单，因为单个有机体需要完成的任务可以由集体来处理。”
基于此，Matte、Economo及其团队推测蚂蚁群体大小可能与其表皮结构有关。为此，他们解析了500多种蚂蚁的3D X射线扫描数据集，特别关注表皮与体量的比例。研究人员最终确定，蚂蚁的体质与角质组成范围广泛，范围从6%到35%不等。随后，他们将这些信息导入各种进化模型，发现表皮较少的蚂蚁通常生活在更大的群体中。
Matte说：“蚂蚁减少了每名工人对这种营养成本最高的组织之一的投入，以造福整个集体。”“他们正从自我投资转向分散式劳动力，导致社会更加复杂。”
马特将这种权衡比作多细胞生命的进化。虽然合作单元在技术上比单个细胞简单，但它们加起来形成了一个更为复杂的单一生物体。
作者还指出，表皮支持较少可能与多样性增加相关——这是生物学家常用来衡量生物进化成功的一个方面。虽然没有确切解释，团队认为这可能与蚂蚁能够进入营养更少的新栖息地有关。
Matte解释道：“减少氮的需求可以让它们更灵活，能够征服新环境。”
这进一步表明，对蚁群有利的事物未必对个体个体有益。这也可能引发了跨越无数代人的进化反馈循环。尽管每只蚂蚁的脆弱性有所增加，但它们的整体数量却产生了更大的群体，并具备强大的疾病控制和巢穴防御特征。但最新的发现不仅仅涉及蚂蚁——它们在历史和日常生活中都能看到。
“数量和质量之间的权衡是全方位的。这取决于你吃的食物、你读的书、你想养育的后代，”Matte说。
