出品：科普中国

监制：中国科普博览

编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解析生命现象，揭示生物奥秘。让大家深入生命世界，探索无限可能。

蚂蚁是一种社会性的昆虫，它们会群居在一块，并在群体内部打造明确的社会分工。通常来讲，蚂蚁分为：蚁后，工蚁，兵蚁，雄蚁等。

蚁后负责生产，工蚁负责采集食物与照料蚁后和幼蚁，兵蚁负责防御蚁巢，雄蚁则只负责与蚁后交配。这种分工大家有时可以直接通过蚂蚁的体型来进行辨认。

切叶蚁中不同等级的工蚁（左边7个）与蚁后（右边2个）

（图片来源：维基百科）

但这都是成熟的大型蚂蚁群落才能看到的场面。那样，在蚁群打造之初，它们是怎么样开局的呢？

“开局一只蚁，装备全靠捡”

在蚂蚁群落打造之初，它们总是会历程极为艰难（像“开局一条狗，装备全靠捡”）的开局：总是是一只蚁后前往新的地区，在经过定居、捕食、产卵、孵化等漫长的步骤后，蚁群内的蚂蚁才会缓慢增长到足够安全的地步。而在这段时间，它们或许会由于被捕食、采集的食物不足或者是被病菌感染而全灭。因此，总得来讲，其实蚁群可以成功立足的概率还是比较低的。

在这类致使蚁群全灭的原因中，病菌（特别是传染性病菌）的感染格外要紧，由于病菌感染的早期总是很难知道，但到了晚期却所有都已经晚了。

在成熟的蚁群中，因为蚂蚁数目充足，它们总是可以通过多种方法防止病菌的扩散，譬如：

（一）回避：主动回避被污染的地区，关闭巢穴入口，拒绝被污染的个体进入巢穴；

（二）主动清理：通过互相清理身上的病菌，将死亡个体搬到隔离区等方法来主动清理巢穴内的病菌。

但在初生的蚁群中，因为“蚁力”资源有限，总是没办法做到上述条件。因此，对这种处于起步阶段的蚁群的防疫方法，科学家们很好奇。近期，就有科学家专门进行了察看和实验。

幼蚁被感染了，蚁后如何解决？

通过察看和实验发现：对蚁后来讲，效果最好的防疫办法就是吃掉被感染的幼蚁或蚁卵，重复借助它们的营养来生产干净蚁卵。

这个实验借助了黑毛蚁（Lasius niger）和绿僵菌（Metarhizium）。其中，黑毛蚁是一种在全球都有分布的蚂蚁，它们的一个蚁群中只有一个蚁后。每年秋天左右，蚁后婚飞后会一个人建造巢穴（一般是在湿润的土层中自行挖洞），挖好后，蚁后会堵住入口，并开始产卵（产卵后体型或许会降低50%）。

图为婚飞后黑毛蚁蚁后，现在还携带翅膀，随后她会吃掉我们的翅膀，尽可能积攒更多的有机物

（图片来源：Wikipedia）

第一批卵要经过数周才会孵化并成为刚开始的工蚁。这类工蚁体型非常小但却极为重点，它们一出生就会开始为蚁后探寻食物，一旦这批工蚁死亡，饥饿的蚁后也会走向末路。

绿僵菌则是一种土壤中的容易见到真菌，它们会寄生到多种昆虫体表，其孢子发芽后出现的菌丝会穿透昆虫体表，并进入昆虫体内发育。昆虫在被感染后的数天内就会死亡。死亡后的昆虫体表会被一层绿色的孢子覆盖。因为这种真菌感染的昆虫包含白蚁、蝗虫等多种害虫，因此它们也会常常被用以制作一种防治害虫的生物杀虫剂。

感染绿僵菌的蟑螂尸体

（图片来源：Wikipedia）

在实验组中，科学家们第一让黑毛蚁自然产生第一批幼虫。然后从自然感染绿僵菌的黑毛蚁中提取出菌株，并用菌株感染其中的5只幼虫。此后，将这类幼虫隔离24小时——这个时间正好让菌株发育，成为致命病菌的同时且不具感染能力。最后，再将感染后的5只幼虫放回蚁巢中，察看蚁后的反应。

在对照组中，则选取5只幼虫，进行除感染以外的其他相同操作。将幼虫放回蚁巢中后，同样，察看蚁后的反应。

据了解发现，实验组中，92%的蚁后会选择吃掉受感染的幼虫，且不留任何残骸。而在对照组中，仅有6%的蚁后吃掉了幼虫。

因为对照组表明，在正常状况下，蚁后总是也会食用已经死亡的幼虫的尸体来收购营养物质。因此，为了确定蚁后吃掉幼虫到底是由于幼虫感染了病菌，还是仅仅由于幼虫死亡了，科学家们进一步为蚁后提供了：（1）感染的幼虫、（2）冻死的未感染幼虫、（3）未感染的正常幼虫，作为对照组。结果发现，感染的幼虫的被食用率比另外两组幼虫的被食用率要更高。

被感染幼虫被蚁后食用的几率更高

（图片来源：参考文献2）

科学家们觉得，这类蚁后可能有某种感知幼虫是不是被感染的方法。像人类通过测量体温来测试是不是得病一样，只不过蚁后并不依赖体温，而可能幼虫在被感染后，其表皮会产生某种独特的变化，或产生某些化合物，蚁后通过这类变化来探测幼虫是不是感染。

实验的最后，吃掉被感染幼虫的蚁后，其存活率跟其它两组蚁后的存活率差不多，这说明，蚁后的这种防疫办法是卓有效果的。

吞食感染幼虫后，蚁后为何不会被感染？

但，为何吞食掉被感染的幼虫后，蚁后不会被感染呢？

理论上，在吃掉被感染的幼虫时，蚁后也会把菌株直接吞进肚子里，反而会导致菌株直接在体内成长。科学家们判断，这是由于蚁后或许会通过吞食它们自己的酸性毒液来杀死体内的菌株，由于他们察看到蚁后会梳理它们的毒液腺。

为了更进一步理解蚁后为何会吃掉被感染的幼虫，科学家们还模拟了蚁后没办法测试和吃掉被感染幼虫的状况：他们向蚁后投放了感染阶段到末期的幼虫与对照组幼虫。

在感染阶段末期，真菌已经消耗完了幼虫体内的营养，进入到生产很多孢子的阶段，会产生成百上千个微小的、新的、具备感染性的孢子子实体。

据科学家们观测，蚁后会试图向正在产生子实体的幼虫尸体喷洒抗菌毒液，这是一种很主动的防疫手段。但尽管这样，若蚁后在消耗完它们体内的毒液后，依旧没办法消除子实体，它们自己就会感染病菌并死亡。在实验中，大约80%的蚁后因此死亡，即便少数蚁后幸存下来，其幼虫也会被陆续感染而死亡。

研究表明，蚁后的“创业”思路是有效果的

在进一步的实验中，科学家发现，那些吃掉被感染幼虫的蚁后在随后的产卵过程中，比那些不吃掉被感染幼虫的蚁后的产卵量多了55%。

因此，科学家们觉得，这种“吃掉被感染幼虫”的做法，不只能有效控制传染病，还是存活方案的一部分，由于在“创业”前期，每个幼虫都至关要紧，它们孵化后产生的工蚁数目是决定蚁巢起始资源采集数目的多寡——工蚁数目越多，采集的食物越多，产卵就越多，后续产生的工蚁也越多，蚁巢的存活率自然也越高。

参考文献：

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.

Tags：科普