在自然界中,生物繁殖通常遵循严格的物种界限,一种生物产生的子孙都是同一物种。然而,2025年《自然》杂志的一项突破性研究揭示,在地中海地区,一种名为Messor ibericus的收割蚂蚁展现出非同寻常的繁殖策略:它们的雌蚁母体不仅产下了自身物种的后代,还通过跨物种克隆,直接产生了另一种命名为Messor structor的蚂蚁雄性。这一发现不仅再造了进化生物学的基本概念,还揭示了物种之间前所未有的互生关系。Messor ibericus蚂蚁的生活史揭示了两种完全不同物种的基因组和形态共存,同一母蚁孕育出的雄性蚂蚁分别属于两大迥异的生物谱系,彼此间的进化历程拥有超过500万年的分歧。这种现象被定义为"异类生殖"(xenoparity),意指雌蚁必须生产另一物种个体,这种需求成为其生命周期的必然组成部分。传统观点中,动物种群的繁殖要求雄性和雌性来自同一物种,基因组通过有性繁殖实现混合和遗传多样性。
在筑巢、劳作和防御等社会分工的蚂蚁中,母蚁通过与雄蚁交配,产下工蚁和新一代的繁殖个体。而Messor ibericus却打破了这个规则,它们的工蚁都是与Messor structor雄性交配后产生的杂交后代,显示出超级杂合的遗传特征,这在其近亲物种中鲜有见到。通过基因组测序,研究人员证实了这些杂交工蚁核基因组含有两种不同物种的DNA,其母系线粒体DNA完全归属Messor ibericus,而父系来自Messor structor。更令人震惊的是,为了持续维持这套依赖异种杂交产生工蚁的机制,Messor ibericus的雌蚁同时能够通过一种稀有的方式生产两类基因组截然不同的雄蚁:一类是本物种的正常Messor ibericus雄蚁,另一类则是克隆自寄主物种Messor structor的雄蚁。学者们通过田野采样和实验室人工繁育,观测到了这两种雄蚁在同一个蜂巢中共同出现的情形:毛发稠密的Messor ibericus雄蚁与几乎无毛的Messor structor雄蚁共存。这种形态学上的巨大差异,与它们的基因组差异相对应。
起源于通常的单倍体雄蚁遗传机制,Messor ibericus雌蚁通过精子供体 - - 即通过储存在其储精囊中的Messor structor的精子,不仅受精产生杂交工蚁,同时雌蚁还能进行男性克隆,独立复制异种的核基因组,从而自行生产Messor structor克隆雄蚁。此过程被认为是一种雄性单亲生殖现象(雄源生殖),其中下一代完全继承父本的核遗传物质,而母本的核遗传物质则被排除或缺失。尽管雄源生殖在生物界极为罕见,且以内部种群为主,Messor ibericus蚂蚁的这一跨物种雄源生殖堪称罕见且复杂的复制模式,属于自然界极少数"跨物种克隆"案例之一。通过分子遗传分析,研究人员揭示了这一现象蕴藏的进化意义。Messor ibericus在进化上经历了从"寄生型"性别共生向互惠互利关系的过渡,开始时必须依赖Messor structor雄蚁提供精子来生产工蚁。这种寄生行为催生了生殖上的依赖和限制,使得Messor ibericus必须和Messor structor在地理上重叠。
然而,通过演化路径中出现的异类男性克隆机制,Messor ibericus雌蚁得以自体产出Messor structor雄蚁,摆脱了对外界Messor structor雄蚁的依赖,实现了生殖自主并拓展了其生态分布范围。可以理解为一种类似"驯养"过程的自然现象,Messor ibericus通过克隆维持了一支近乎单一遗传类型、遗传多样性极低的Messor structor克隆雄蚁群体。这种克隆群体伴随着较高的遗传负荷,形成了类似家养物种的形态和遗传特征差异。雄蚁的茂密毛发退化及形态变化,正是其被供养、被"驯养"的标志之一。研究进一步发现这支克隆雄蚁群体和野生Messor structor群体高度遗传隔离,两者几乎不发生基因交换,显示出强烈的遗传分化趋势,但在系统学上仍划归同一物种范畴。Messor ibericus与Messor structor间这种生殖互赖关系,创造了一个整合了两种物种的超级有机体概念。
两个物种的生命周期通过交叉依赖彼此的配子被绑缚在一起,演化出了独特且稳定的社会结构和生殖机制。在数量复杂多样的个体中,雌蚁、不同雄蚁及杂交工蚁构建了协同分工的系统体系。这不仅挑战了生物学中"物种个体"的传统定义,还被视为进化中个体性重大转变的典范 - - 两个曾经独立的物种通过繁殖和基因的相互融合,成为了一个更高等级的统一体。对这一现象的进一步研究,将有助于解释诸如异类殖生、配子寄生、克隆机制及性状分化等复杂进化现象,同时或将拓展在保护生物学、物种界定以及生态系统功能理解方面的认知边界。科学家们期望通过实验室条件下的生态和发育研究,揭示跨物种雄源生殖的具体机制,进一步探讨这一繁殖方式如何维持基因组稳定性及发挥生态适应优势。此外,该发现还为探索生物进化中"性别战争"及生殖共生的动力机制提供了全新的实验范式。
Messor ibericus的异类生殖体系无疑成为了现当代生物学研究的一个里程碑案例,启示人们重新审视物种间的生殖关系和生态互动。通过对这类生物独特生殖策略的深入解析,也许能够推动合成生物学、生态保护乃至农业现代化等领域的新突破。总结而言,一种蚂蚁母亲通过异类生殖机制,跨越了物种界限,维持并促进了两物种共生发展,这一举世罕见的生物学现象,将引领生物科学迈入崭新的认识篇章。 。
