来源：赛先生
导读：
群居虫豸违犯了进化原则， 即生物要么保存， 要么繁衍， 而不是两者兼有。科学家们想晓得那些生物是若何做到一举两得的。
做者｜蒂姆·维尼门
翻译｜胡唐燕
校译｜于茗骞
小型动物凡是没有变老的时机， 因为它们老是面对被另一种动物一口吞掉的风险， 所认为了确保它们物种基因的延续， 更好的法子就是尽快繁育一群后代。关于虫豸来说， 那是毫无疑问的， 但此中也有一些出名的破例， 好比蝉， 它们的预期寿命凡是是几天、几周或几个月。
比拟之下， 大象和人类如许的动物繁育的后代数量很少， 并且本身能够存活好几十年：若是你的体型或者生活体例可以庇护你本身， 那么你就能够渐渐谋划生育大计。
那种比照形式到处可见， 它表白， 因为繁衍后代和维持生命都要付出昂扬代价， 动物凡是不克不及两者兼顾。因而， 个别为了繁育后代付出的能量和营养越多， 它就可能老得越快， 寿命也就越短。
然而， 在群居虫豸中， 如白蚁、蚂蚁、蜜蜂和黄蜂， 它们的“女王”似乎找到了一种一举两得的法子。
在许多蚁穴中， 每天产卵数百个的蚁后可以存活好几年以至几十年， 然而一辈子都不产卵的工蚁寿命只要几个月。显而易见， 那些物种已经找到了一条路子， 使得它们傍边至少有一部门可以不受限造， 不再纠结到底是选择长命仍是繁育大量后代。
几年前， 一个国际生物学家团队起头研究那些生物是若何做到那一点的——虽然还有良多未解之谜， 但那个项目标首批成果已经起头给出了一些线索。
衰老的线索
比起工蚁来说蚁后寿命更长， 基因密码的差别似乎无法对此供给解释。所有的工蚁都是蚁后的“女儿”， 在良多情况下， 若是那些“女儿们” 在幼虫期间遭到恰当的“皇室待遇”的话， 它们中的任何一个在长大后都可能成为蚁后。
恰是有了那种亲近的遗传关系， 工蚁便一生努力于赐顾帮衬蚁后和她的后代， 维护和庇护蚁穴并寻找食物。每只工蚁通过包管蚁后的平安， 给她供给充沛的资本， 使得蚁后可以持续多年不断产卵， 工蚁本身也得以传布它本身的基因。
因为蚁后是蚁穴中独一一个能产卵的角色， 所以拥有长命的蚁后的蚁穴有可能会开展强大， 而且派出更多的年轻蚁后， 成立起新的巢穴， 同时派出雄蚁去授精。
换句话说， 许多科学家揣度， 必然是因为强大的物竞天择的压力， 才进化出延缓衰老的办法， 使蚁后活得尽可能久。
但那是若何实现的呢？其他虫豸供给了一些可能的线索。
因为蚂蚁太小了， 研究人员（于罗曼·利布雷希特的尝试室中）用刷子来挪动它们。（图源：Romain Libbrecht）
事实证明， 有些物种会按照情况变革， 以某种体例调整它们在保存和繁衍二者上的投入。例如， 研究表白， 当黑腹果蝇 (Drosophila melanogaster) 根据严酷的饮食喂养时， 它的寿命很明显耽误了， 但是它产的卵更少了。
研究人员还暗示， 那种效应是由一整个基因收集形成的， 那个基因收集可以感知营养物量（如氨基酸和碳水化合物）的存在。当食物匮乏时， 那个收集会传输延缓繁衍的信号， 同时耽误生物的寿命， 增加对组织修复等活动的投入， 如斯一来， 也许能支持该生物渡过那段困难的日子。一些科学家还表白， 当营养感知收集中的一些关键基因被灭活时， 果蝇的寿命会更长。
对果蝇的研究表白， 衰老的速度并非原封不动的。相反， 在某种水平上， 它能够看做是进化战略的一部门， 即资本操纵更优化——当资本充沛时就繁衍， 当资本不敷时就维持生命。
“当我们议论衰老的机造时， 我们凡是只议论事物是若何恶化的”， 来自瑞士弗里堡大学的进化生物学家托马斯·弗拉特说道， 他的次要研究对象是果蝇， 而且与别人结合在《虫豸学年度评论》上颁发了关于虫豸衰老的文章。“我们似乎经常忘记的是衰老的另一面， 也就是减缓衰老的次要机造。”
让工蚁产卵
会不会群居虫豸利用了一些与果蝇不异的基因来延缓衰老的速度？就蚁类而言， 就是去延缓蚁后的衰老？
研究蚁后的衰老其实不容易， 因为凡是每个蚁穴里只要一位蚁后， 而且它们需要良多年（一般是几十年）才会变老。为领会决那个问题， 研究人员能够把蚁后移出蚁穴， 如许凡是会促使一些工蚁起头本身产卵。
切胸蚁属中的橡果蚁（Temnothorax rugatulus）其实是太小了， 一个橡果或者是尝试室里的一个小容器就能包容整个蚁群。中间那只大一点的蚂蚁就是蚁后。（图源：MEGHA MAJOE）
当然将蚁后移出蚁穴的做法不会完全把工蚁变成蚁后， 但是研究表白， 那确实会带来一些安康福利， 与长命蚁后所享有的类似。例如， 在2021年颁发的一项研究中， 北卡罗来纳州立大学格林波若分校的研究者发现， 从头产卵的工蜂更可以抵御一种可能招致致命传染的病毒。
产卵的工蜂在打针了百草枯（一种能对卵白量、DNA和其他细胞成分形成氧化损伤的除草剂）之后， 存活的可能性也越高。那种损伤也会由一般新陈代谢产生的废料形成， 不外速度更慢， 人们普遍认为它是招致衰老的重要原因。
德国两所大学的科学家在三种蚂蚁的工蚁身上发现了一些类似之处：关于此中两种蚂蚁来说， 当蚁后被从蚁穴移除后， 工蚁对氧化应激的抵御力加强， 在百草枯感化下存活的几率几乎增加了一倍。在那两者之中， 有一种蚂蚁的工蚁起头产卵， 而另一种蚂蚁并没有产生类似的效果。
在那种情况下， 该研究的合著者， 来自美因茨大学的进化生物学家罗曼·利布雷希特暗示， 寿命的增长可能会让工蚁有更多的时间来培育新的蚁后。
白蚁之鉴
德国弗赖堡大学的进化生物学家墨迪思·科尔布暗示， 我们也能够从差别品种的白蚁动手， 找到群居虫豸抗衰老技巧的线索， 因为白蚁素质上就像是群居的蟑螂。
科尔布研究的白蚁之一是干木白蚁（Cryptotermes secundus）， 那种白蚁从不分开巢穴， 它只会躲在枯树里， 在里面以木头为食。工蚁不需要十分勤奋地工做， 并且它们保留了繁衍的才能。每当食物耗尽时， 它们老是蓄势待发， 筹办搬进来， 试图在其他处所成立起它们本身的蚁穴。
科尔布和她的同事们发现， 当那些工蚁年轻且不繁衍的时候， 与抗氧化损伤有关的基因就越活泼， 当它们变老而且起头繁衍时， 那些基因的活力就会降低。那个时候， 工蚁的重点次要是繁衍。
东非白蚁（Macrotermes bellicosus）（已知更大的白蚁）的蚁后（右上）和蚁王（中右）， 四周环绕着相对矮小的工蚁。蚁后不竭地从它庞大的腹部产卵。（图源：Judith Korb）
在干木白蚁那个物种中， 工蚁能够活几年， 而蚁王和蚁后的寿命可能长达十年， 以至更久。但在大大都其他品种的白蚁中， 社会构造更为复杂。在一些品种中， 工蚁是完全不育的， 永久没有时机本身产卵。那就是工蚁和蚁后寿命差别如斯之大的原因。
“那些工蚁凡是只能活几个月， 但它们的蚁王和蚁后却十分长命。”科尔布暗示。东非白蚁（Macrotermes bellicosus）是已知的体型更大的白蚁， 它们的蚁后能够活20年以上。
似乎只要当蚁穴成员失去了所有繁育后代的希望后， 整个蚁群才实正实现“蚁后万岁”。
各显神通的虫豸
为了进一步领会群居虫豸中蚁后长命的原因， 包罗科尔布、利布雷希特、弗拉特等研究人员在内的研究小组决定比力白蚁、蚂蚁和蜜蜂（各两种）的各类基因的活泼程度。他们总共研究了157只个别， 包罗差别年龄和差别品级的虫豸。
不出所料， 研究小组发现， 已知的在繁衍中阐扬重要感化的基因， 在蚁后体内的活动形式， 与其在不育工蚁体内的活动形式有所差别。此中， 某些基因照顾了造造卵黄原卵白的指令， 在所有物种的蚁后体内都很活泼。
卵黄原卵白的次要感化是促进卵黄的产生。但是一些科学家思疑卵黄原卵白的感化可能不行于此。研究发现， 至少关于蜜蜂来说， 卵黄原卵白还具有抗氧化的感化。若是卵黄原卵白同样也对其他群居虫豸起感化的话， 那么它们可能有助于蚁后抗氧化。
研究小组还发现， 与不育的工蚁比拟， 蚁后和产卵的工蚁在预防或修复氧化损伤方面的基因活动有所差别。但详细涉及的基因在差别的物种中也有很大的差别。指导那项研究的科尔布暗示， 很明显， 每个物种都进化出了耽误本身“女王”生命的体例。
科学家们还查抄了果蝇的营养感知基因收集， 那一收集阐扬感化时， 可以耽误果蝇的生命。科学家们没有在差别年龄和差别阶级之间找到明显的形式， 但他们确实做出了一些其他发现， 好比在繁衍过程中基因活动的差别性， 以及一种叫做保幼激素的物量的感化。保幼激素就是一种可以从头调理大大都成年虫豸躯体的分子。
科学家们揣测， 让虫豸成熟的激素， 也许同样能帮忙它们延缓衰老。但是， 那些与保幼激素相关的基因详细是若何调理的， 在差别的物种中其实不不异。
关于科尔布来说， 那个跨物种的多样性有点令人猜疑， 但多样性自己提醒了关于衰成本量的一个重要教训：没有如许一个按钮或开关， 能使某个物种决定在保存或繁衍上投入更多或更少， 相反， 有的是一整块指示板， 而每个物种的设定略有差别。
“寿命和繁衍之间的权衡显然不是生成的， 它远比人们想的愈加灵敏”， 科尔布说道， “许多物种已经进化出了差别的处理办法。”那取决于它们各自的社会和天然情况。
弗拉特暗示， 固然彻底领会一些物种长短常有用的， 但那些研究发现同样也是一个警示， 即不要认为一两个颠末深切研究的生物——如出名的黑腹果蝇——就能教会我们一切。“还有庞大的生物多样性有待我们研究， 我们底子对其一无所知。”
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原文题目“How can ant and termite queens live so long?”， 做者蒂姆·维尼门， 2022.1.14发布于 Knowable Magazine。
链接：https://knowablemagazine.org/article/living-world/2022/how-can-ant-and-termite-queens-live-so-long
译名对照表
social insects 群居虫豸
Romain Libbrecht 罗曼·利布雷希特
Thomas Flatt 托马斯·弗拉特
Judith Korb 墨迪思·科尔布
University of Fribourg 弗赖堡大学
Johannes Gutenberg University of Mainz 美因茨大学
University of North Carolina Greensboro 北卡罗来纳州立大学格林波若分校
Annual Review of Entomology 《虫豸学年度评论》
Temnothorax rugatulus 切胸蚁属
acorn ant 橡果蚁
oxidative damage 氧化损伤
dry-wood termite 干木白蚁
vitellogenins 卵黄原卵白
juvenile hormone 保幼激素
造版编纂|-小圭月-
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