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也许，早在五十年代的怪兽电影中，你可能就已经见过变异蚂蚁，但当科幻成为现实之时，培养变异蚂蚁这一任务充满着挑战。数十年来，生物学家已经成功改变了小鼠、水稻、果蝇等多种生物的遗传性状，惟独蚂蚁，因其复杂的生命周期，基因变异的研究一直停滞不前。
近日，两个独立的课题组同时在《细胞》杂志上发表了两篇敲除蚂蚁基因的研究论文，一同发表的还有另一项利用脑激素改变蚂蚁生活习性的研究。
论文作者之一、纽约大学生物学家 Claude Desplan 透露：蚂蚁是第一种成功实现基因变异的社会性昆虫。
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尽管基因相似，蚂蚁种群内部却有着截然不同的社会分工。雌蚁可能成为有生殖能力的蚁后、无法生育的工蚁或凶猛的兵蚁。雄蚁有翅膀，寿命很短，仅在特定时候出现，专为交配而存在。因此，为了保证突变的基因代代相传，需要利用蚁后进行繁殖。
论文作者、洛克菲勒大学生物学家 Daniel Kronauer 认为，蚂蚁身上有许多值得研究的生物学问题，这一点是果蝇和小鼠做不到的。如果将一千只果蝇放到脏桶里，它们只会打架或交配，而蚂蚁则会按部就班地筑巢、繁殖、觅食。
表观遗传学主要研究的是基因的显、隐性对昆虫个体性状产生的影响。而蚂蚁的神奇之处在于，在基因相同的情况下，同一只蚂蚁既可能成为蚁后、工蚁，也可能成为兵蚁。
Desplan 的研究组选择了印度跳蚁(Harpegnathos saltator)作为研究对象，其特殊之处在于所有蚂蚁都拥有潜在的繁衍后代的能力。产卵之前，工蚁必须首先成为伪蚁后。如果种群失去了蚁后，那么工蚁就会经历一个仪式化的触角决斗，胜者将成为伪蚁后。
Kronauer 和洛克菲勒大学研究生 Waring Trible 共同研究了毕氏粗角猛蚁(Ooceraea biroi.)。与大多数常见蚂蚁不同，毕氏粗角猛蚁的繁殖属于无性繁殖中的单性繁殖(virgin birth)，后代最终成为雌蚁的克隆体。这种生殖现象也常见于蛇、蜥蜴和鲨鱼的繁衍。这两种不同研究拥有相同的目的：培育能携带突变基因的母蚁。
科学家们使用 CRISPR-Cas9 对蚂蚁基因进行改造，使嗅觉受体中的关键成分——信息素的表达减弱。
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尽管蚂蚁体内有数百种嗅觉基因，但只要敲除一种特定基因 orco(odorant receptor co-receptor，嗅觉共同受体)将会直接导致蚂蚁的嗅觉系统失去作用。
“敲除每一个嗅觉基因是不可能的”，Kronauer 说，但 orco 拥有决定作用。敲除该基因后，蚂蚁失去了 90% 的嗅觉能力。
基因编辑后的印度跳蚁行为发生了显著变化，它们离开种群，不再觅食。如果隔离一个突变的印度跳蚁，虽然其他的蚂蚁仍然可以参与繁殖，但伪蚁后的产卵量变少，繁殖能力减弱。如果在将这些突变体置于无蚁后的种群中，它们不会参与触角决斗。相反，它们只是在独自一人的时候挥动触角，好似练习拳击。
无法察觉到信息素的毕氏粗角猛蚁也表现反常。通常，它们会避开记号笔的气味，但基因编辑后的蚂蚁会在记号笔线条上爬行。
和印度跳蚁一样，毕氏粗角猛蚁的突变体也不再具有社会性。它们不再融入种群，到处转悠，不会像从前一样，跟着其它蚂蚁产生的信息素爬行。
还有一些奇怪的现象产生。一只变异母蚁偷走一个卵并利用触角开始孵化。突然间，它开始分泌了过量的警告信息素，致使其他的非变异蚂蚁焦躁不安。
如今，科学家们已经成功实现利用基因编辑改变蚂蚁社会行为。下一步， Kronauer 计划研究蚂蚁种群内部如何分工劳动。
不妨打个比方，有两个人住在同一公寓，当脏盘子堆积起来，有“洁癖”的室友将会更勤快地洗碗，从而成为“洗碗专家”。此前的研究方法将是改变外部环境(去除洗碗机)，观察会产生什么现象。通过遗传调控，Kronauer 计划直接调节蚂蚁的内部阈值。
除感官知觉外，Desplan 还对蚂蚁的寿命充满兴趣。工蚁大约能活七个月，成为伪蚁后则能活四年。这就像一个人活到了 85 岁，而另一个人能活到 550 岁，简直是匪夷所思。
成为伪蚁后的工蚁一旦接触到新的蚁后信息素，则会回到工蚁的身份，并在几个月内死亡。 这意味着必须有一个可逆的遗传开关来控制蚂蚁的寿命。
包括蜜蜂研究专家在内的其他生物学家正在密切关注变异蚂蚁模型，并考虑采用类似的方案开展针对其他物种的研究。
Desplan 则认为，变异蚂蚁模型的成功为其他动物的基因编辑打下了坚实的基础。如果传统的生物学方法是研究果蝇和小鼠这样的模式生物，那么基因工程技术能让生物学家对更加合适的动物开展研究。
一些昆虫学家之所以成为研究蚂蚁的专家，因为他们对蚂蚁“爱得深沉”。对于 Desplan 来说，他已和包括果蝇、黄蜂、蝴蝶在内的许多昆虫一同“并肩作战”。而现在名单中又多了一项——变异蚂蚁。
“我们成为蚂蚁专家，是因为工作需要，而非天生使然。”如果这些突变蚂蚁模型符合 Desplan 和 Kronauer 的预期，未来这一研究领域的专家数量将会进一步增加。
-End-
参考：
https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/08/10/scientists-create-the-first-mutant-ants/?utm_term=.d857dc8adb47
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