科学家对数千只蚂蚁进行了标记,以量化个体之间的互动行为,进而了解蚂蚁群体是如何保护自己免受疾病伤害的。
《科学》杂志11月23日载文称,奥地利科学技术研究所的西尔维亚?克里默(音译)与瑞士洛桑大学的劳伦特?凯勒等发现,当病原体入侵蚁群时,蚂蚁会通过改变自己的行为来避免疾病爆发。
群体密度过高和个体之间接触过密是疾病迅速传播的主要原因。为了保护蚁群免受疾病爆发的伤害,蚂蚁进化出了防御机制和社会分工。蚁群成员之间的互动并不是随机的,它们根据自身的年龄和需要完成任务,并且以子群体的形式组织起来。年轻的工蚁,即“护士”,负责在蚁穴中心照顾幼蚁,而年长的工蚁则成为觅食者,负责在蚁穴外收集食物。这些觅食蚂蚁更容易接触到病原体。
首先,研究人员使用凯勒团队开发的“条形码”系统对蚂蚁之间的互动进行了跟踪,尤其是观察了它们在疾病传播时的行为。实验中,他们在2266只蚂蚁身上放置了数字标签。每隔半秒钟,红外摄像机就会拍下蚁群的图像,由此研究人员就能跟踪和分析蚂蚁个体的运动和位置,以及它们之间的互动情况了。
研究人员发现,蚂蚁的分工行为是具有预防性的,可以降低疾病传播的风险。大约10%的工蚁会暴露在真菌孢子中,这些孢子很容易通过接触传播。研究人员发现,蚂蚁能迅速发现真菌孢子的存在,并迅速改变它们的行为,以增强防御机制。克里默解释说:“蚂蚁会改变它们的互动方式以及互动对象。”值得注意的是,这种改变是整个群体的反应,那些没有被孢子附着的蚂蚁也会改变它们的行为。凯勒补充说:“通过标记跟踪实验,我们认为蚂蚁会通过积极改变蚁群组织方式,以减少疾病的传播。”
接着,克里默团队建立了一种高敏感性的qPCR方法,研究人员可以借此精确测定蚂蚁身上的孢子携带量。在孢子感染后,由于蚂蚁改变了它们的互动方式,孢子的转移模式也随之发生了变化。只有少数携带高剂量病原体的蚂蚁才会患病。更多的蚂蚁只是被低剂量的病原体感染,它们基本不会因此患病,反而能起到保护作用——这与人类的遗传变异类似。克雷默说:“蚂蚁的免疫系统能够很好地应对这种低水平病原体,这为蚂蚁提供了一种免疫记忆。”
克里默等还发现,蚁群会对群体中最有价值的个体提供特别保护。蚁后是蚁群中唯一能繁殖后代的个体,护士工蚁是蚁群的主要劳动力。据研究人员实验统计,在发生病原体感染后,护士工蚁的死亡率明显低于觅食工蚁,而蚁后均能存活。克里默认为,了解蚂蚁对疾病的处理方案,可以为疾病动力学的研究提供借鉴。
编译:灯丝
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