螞蟻幼蟲能力驚人,攸關整個族群生死存亡

2020-12-05 IT之家

研究人員懷疑,這些螞蟻幼蟲在其出生的複雜社會中,對於加強整個族群的凝聚力發揮著至關重要的作用。德國雷根斯堡大學專門研究蟻群中個體作用的教授伊娃·舒爾特納(Eva Schultner)說:「螞蟻幼蟲可能擁有獨特的功能和社會等級,沒有它們整個蟻群都無法正常生存。」

許多昆蟲幼體外觀與成年體很像,就像迷你版的成年體一樣,只是腿部很短。但是螞蟻幼蟲很少有這樣的特徵,它們的身體上沒有肢體,這讓它們看起來似乎沒有任何移動能力。為此,它們給人的印象是,只能被動地接受成年體的呵護。它們甚至沒有觸鬚,成年體螞蟻可用觸鬚感知周圍環境和進行交流,因此生物學家們普遍認為,螞蟻幼蟲可能無法與周圍環境互動。

圖:子彈蟻(Bullet ant)與種子食物

然而事實上,這一切都是假象。有些螞蟻幼蟲可通過獨特的搖擺或滾動身體方式向成年體發出信號,表示它們餓了!其他的螞蟻幼蟲,比如子彈蟻甚至可以直立站起。儘管沒有腿,有些螞蟻幼蟲實際上依然可以移動,它們可以爬向被成年體捕獲的昆蟲或蠕蟲。

除此之外,螞蟻幼蟲還隱藏有不同尋常的身體特徵。舉例來說,切葉蟻(Myrmecina ant)幼蟲細長的頭部非常適合餵養。成年體螞蟻會撕裂蟎蟲,然後將其呈獻給幼蟲。切葉蟻幼蟲細長的頭部會伸入蟎蟲體內,吸收內部養分。而細胸蟻(Leptothorax ant)幼蟲擁有互補功能,它們的腹部擁有獨特的結構可充當食物籃,以便它們存放獵物。

許多螞蟻幼蟲的特寫鏡頭顯示,它們的身體上都有體毛覆蓋,這些體毛也具有不同的功能。在森林螞蟻中,這些毛髮就像尼龍搭扣,可以讓螞蟻幼蟲互相「綁起來」,以便工蟻輕鬆搬運它們。猛蟻(Pheidole rhea)的體毛末端有鉤,成年體螞蟻可以將它們掛在巢穴壁上。工蟻將它們掛起來,作為組織它們和確定餵食時間的方式。

這些體毛不僅可充當鉤子,它們也可以幫助螞蟻幼蟲交流。黃蜂幼蟲使用毛髮作為主要的感覺器官,在蜂巢中時,它們可以感測到成年體黃蜂敲擊蜂壁的震動。科學家們認為,這種震動在確定黃蜂幼蟲發育成工蜂還是蜂后方面發揮了重要作用。舒爾特納認為,螞蟻幼蟲的體毛也有類似作用,儘管還沒有人進行相關研究予以證實。

除了毛髮,有些螞蟻幼蟲還可通過發聲器官進行交流。英國沃靈福德環境委員會生態水文研究中心的卡斯滕·斯古隆格(Karsten Schonrogge)發現,當某些切葉蟻幼蟲蟲蛹外殼變硬,專門的器官會幫助它們發出呼叫。成年體螞蟻通常使用化學信號進行交流,但是研究人員認為,蟲蛹的堅硬外皮可能阻止信息素分泌,從而鼓勵幼蟲使用聲音進行交流。摩擦噪音似乎代表較高的社會地位,因為通常低級幼蟲都無法發聲。

有些螞蟻幼蟲的身體特徵,甚至有利於整個族群。幼蟲織網螞蟻(Larval weaver ant)可以圍繞蟲蛹吐絲,而成年體螞蟻可以用這些絲建設蟻巢。而且大部分是雌性幼蟲從事這份工作,這表明幼蟲之間也有明確分工。與此同時,當洪水來襲時,某些螞蟻族群會利用幼蟲的天然浮力幫助拯救整個族群。為了在洪水中生存下來,Formica selysi螞蟻會將身體連起來形成漂浮的筏子,而更容易漂浮的幼蟲往往充當筏底,儘管它們通常難以生存下來。

圖:紅火蟻(Red fire ant)中的工蟻和幼蟲

與螞蟻幼蟲鮮為人知的身體特徵相比,它們的行為似乎更加怪異。舉例來說,螞蟻幼蟲通常充當「公共胃」。因為成年體的腰部很細,它們通常只能消化液體食物。而幼蟲則可以代替成年體吃掉昆蟲,然後產生可供長輩食用、富含營養的液態食物。

螞蟻幼蟲的「食物加工」策略各不相同。比如poneromorph螞蟻幼蟲利用唾液消化昆蟲,然後將食物反芻給工蟻。工蟻再將這種食物餵給蟻后,它對蟻后產卵至關重要。Pheidole spadonia螞蟻幼蟲則以稍微不同的方式幫助成年體螞蟻處理食物。在一項實驗中,生物學家發現工蟻需要依賴螞蟻幼蟲軟化獵物。工蟻會將果蠅肢解,然後將小塊堅硬的身體部位放入幼蟲嘴裡,那裡有專門存放食物的食槽。螞蟻幼蟲會向食物上分泌唾液,以消化和軟化獵物器官組織。有時候,幼蟲還會用下顎刺穿食物,向其中注入消化酶,加速消化過程。最後,工蟻吸收軟組織,同時留下部分給幼蟲。

圖:紅蟻(Myrmica ant)與它們的幼蟲

螞蟻幼蟲有時候會以令人恐怖的方式為成年體螞蟻提供幫助。Amblyopone silvestrii螞蟻會刺穿幼蟲的腹部管道吸血以維持生存,就像吸血鬼那樣。這些螞蟻捕食大蜈蚣,但並非總能成功,為此生物學家認為它們的吸血行為是一種適應能力,以幫助成年體補充營養。其他Amblyopone螞蟻會擠壓幼蟲頸部提取唾液。Solenopsis螞蟻則會捏幼蟲的後端,迫使它們產生乳白色的滴狀物,裡面含有豐富的營養成分。

死亡的螞蟻幼蟲也可以被吃掉,只要它們不是死於某種傳染疾病。在更極端的情況下,當食物短缺時,螞蟻幼蟲甚至被殺死和吃掉。舒爾特納說:「這些螞蟻幼蟲實際上就是族群中隨時可用的蛋白質包。如果蟻后處於飢餓危險中,它會吃掉幼蟲或蟲蛹。」

由於在提供食物過程中發揮著重要作用,螞蟻幼蟲實際上控制著蟻群的繁殖能力。因為蟻后需要螞蟻幼蟲提供的蛋白質才能產卵,其周圍幼蟲越多,其產卵能力就越強。此外,法老蟻(pharaoh ant)幼蟲還能積極選擇為成年體提供哪類食物,以便於不會浪費任何營養成分。它們會選擇將營養成分交給處於繁殖期的成熟蟻后,而非不成熟的蟻后。化學信號可以幫助它們評估蟻后的繁殖能力。

圖:日本木工蟻

螞蟻幼蟲還能通過其他方式調節繁殖。儘管工蟻通常可以自己產生後代,但當它們在蟻后身邊負責照看卵時,經常停止繁殖。亞利桑那州立大學的傑西·艾比(Jessie Ebie)及其同事想要了解Novomessor cockerelli螞蟻工蟻的繁殖方式。他們發現,工蟻產卵看起來與蟻后產卵幾乎相同,為此艾比及其團隊最初懷疑,蟻后卵上的化學標記有助於區分卵,並鼓勵工蟻停止產卵。

艾比說:「我們驚訝地發現,不是蟻后的卵在發揮作用,而是螞蟻幼蟲促使工蟻推遲產卵。」當工蟻被蟻后所產的卵包圍時,它們會繼續照常產卵。但是當蟻后的幼蟲出現時,工蟻就會停止產卵。艾比現在嘗試解決螞蟻幼蟲如何抑制工蟻繁殖後代。它們可能發出信息素,或者工蟻為幼蟲提供食物後,已經沒有它們需要繁殖所需的營養。艾比表示:「在餵食蟻后和幼蟲的同時,工蟻已經無法產卵。」

然而,螞蟻幼蟲中最神秘的行為似乎是同類相食行為,螞蟻幼蟲有時候會吃掉其他幼蟲。舒爾特納說:「對於社會性物種來說,協作和自我犧牲都是常見現象。而同類相食明顯屬於自私行為,這種行為令人感到困惑。」在最新研究中,舒爾特納及其團隊研究了同類相食螞蟻幼蟲是否能夠幫助它們的近親。蟻群通常是由關係並不親密的螞蟻組成,有時候這個群體擁有成千上萬不同的家庭。研究人員推測,螞蟻幼蟲更有可能吃掉遠親,而非近親。擺脫這些關係並不親密的幼蟲,可以幫助它們的家族接管蟻群。

通過對比8種螞蟻在它們蟻群中的親疏關係,舒爾特納和她的同事們發現,在蟻巢中關係比較親近的螞蟻幼蟲中,同類相食現象很少發生。這表明,螞蟻幼蟲能夠區分遠近親疏關係,儘管它們是如何做到的還不清楚。舒爾特納說:「這些螞蟻幼蟲能夠評估周圍環境,並根據不同的社會背景做出不同反應。」與雌性幼蟲相比,雄性幼蟲更有可能出現同類相食行為,但這種行為依然難以解釋。

圖:Maricopa harvester蟻與其他蟻群戰鬥

螞蟻幼蟲也可以吃掉入侵同類。許多螞蟻都是「社會寄生蟲」,它們靠竊取其他螞蟻巢穴建立新的蟻群。年輕的蟻后通常會進入敵方的巢穴產卵,欺騙工蟻撫養它的後代。隨著時間推移,它的後代就可佔領蟻群。舒爾特納和她的團隊現在熱衷於找出,螞蟻幼蟲是否通過同類相食行為保護家園。因為入侵的蟻后通常不會直接受到攻擊和被殺死,他們懷疑防禦方的幼蟲可能通過殺死它的卵進行對抗。舒爾特納說:「我們注意到,螞蟻幼蟲似乎對不同類型的卵反應不同,這可能是因為它們識別出寄生卵,並將它們吃掉。」

初步研究結果似乎支持舒爾特納等人的推斷。但是要找出螞蟻幼蟲如何分辨寄生卵依然是個挑戰。成年體螞蟻利用它們的觸角感知周圍環境,包括氣味,但螞蟻幼蟲沒有觸角或氣味檢測器官。某些昆蟲的幼蟲身體某個部位擁有氣味接收器,螞蟻幼蟲也可能擁有類似模式。舒爾特納說:「這意味著它們可以評估自己所處的化學環境。」

當螞蟻幼蟲長大後,它們可能會失去許多神奇的能力,但它們的童年留下了印記。舉例來說,螞蟻幼蟲很早就了解了「巢穴同伴」的氣味,這似乎對它們成年時識別蟻群成員的能力產生影響。它們幼年時代獲得的營養和環境也影響到它們會成為工蟻還是蟻后。在成年前,它們的體型會達到極限。

事實上,在很多方面,蟻群的未來及其後裔需要依賴幼蟲。幼蟲在發育過程中的經歷產生的特性,可通過自然選擇過程傳給後代。某些興盛的蟻群通常是卑微幼蟲起源的產物。舒爾特納說:「螞蟻幼蟲成年後可能變得不再重要,它們在發育過程中的經歷反而會影響到其生命後期是否能取得成功。」

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