在生物学的世界中,物种间的界限通常是清晰且不可逾越的,这种界限规定了生物体的繁殖方式,即同种生物必然产生同种后代。然而,2025年《自然》杂志发表的一项开创性研究颠覆了这一基本认知。科学家们在Messor ibericus(伊比利亚采集蚁)中发现了一种独特的生殖现象:单一蚁后能够通过义务性跨物种克隆方式,繁殖出两个分属不同物种的后代。这种现象不仅在蚂蚁界极为罕见,更为生物学研究打开了一扇理解进化奥秘的新窗口。Messor ibericus蚂蚁的生活史向我们展示了物种之间如何通过性寄生演变为高度依赖的互利共生模式,呈现了自然界复杂的生态关系和生殖创新。传统观念认为,动物的繁殖过程是同种生物的交配与基因重组所必需,任何跨物种的基因传递都通常被视为罕见且偶发现象。
然而,这项研究揭示,在Messor ibericus中,蚁后不仅需要与另一物种Messor structor的雄蚁交配,更令人惊讶的是,蚁后产下的雄蚁竟来自两个不同物种。研究团队通过详尽的基因组测序和形态分析发现,M. ibericus的代谢单位内存在两种形态迥异的雄蚁:一种拥有浓密的毛发,属于本物种;另一种几乎无毛,基因上归属于已经分化超过五百万年的M. structor。最令人称奇的是,这些不同物种的雄蚁拥有相同的线粒体基因组,表明它们有着共同的母体 - - 那就是M. ibericus蚁后。这相当于蚁后通过其卵细胞"孕育"了两个基因完全不同的物种,这样的繁殖策略在动物界颇为罕见。更进一步的分析表明,M. ibericus蚁后依赖M. structor的雄蚁精子来产生工蚁阶层,而雄蚁则采用了称为雄性基因克隆(雄性克隆)的方式,通过只继承雄方的核基因组,去除了原本的蚁后遗传物质。这种克隆机制往往涉及母本核基因排除,仅通过雄性的基因组完成胚胎发育,形成了"克隆"后代。
实际观测到M. ibericus蚁后从其卵中产下两类雄蚁,分别代表了两个物种的核基因型,为跨物种雄性克隆提供了有力证据。研究团队通过对390个个体进行基因组范围的分析,确认M. ibericus工蚁是由母系M. ibericus和父系M. structor杂交组成,拥有极高的杂合性。而工蚁的生产完全依赖这种跨物种的遗传组合,使M. ibericus蚁后在生态系统中形成了对M. structor的强依存关系。基于这一复杂的繁殖体系,科研人员提出"异寄生母性"(xenoparity)的概念,特指一种母体必须生产另一物种个体作为其生命周期组成部分的生殖模式。这种生殖模式不仅涉及到物种间的基因交换,更反映了生态关系从单方面的寄生发展到性共依赖的深层次结合。通过时间推算,这两种蚂蚁物种在500万年前发生了分歧,跨越了传统意义上的种间隔阂。
M. ibericus的这种繁殖方式很可能起源于祖先阶段的精子寄生,通过吸取M. structor的精子完成工蚁产出,避免自生工蚁带来的潜在基因负担或生态竞争。随后,M. ibericus进化出了直接克隆M. structor雄蚁的机制,实现了对另一物种繁殖的"驯服",从而突破了地理和生态上对M. structor的依赖限制,使得M. ibericus能够扩展生存范围,甚至跨越M. structor自然分布区。基因组分析显示,被"驯服"的M. structor雄蚁表现出极低的遗传多样性和高遗传负载,符合常见的无性繁殖或养殖动物种群特点。这进一步支持了"性驯养"这一观点,即M. ibericus的蚁后通过复制和维护非本物种的雄性,形成了类似农业和养殖中的依赖性种群。形态学上被驯养的M. structor雄蚁与野生形态也表现差异,可能是遗传漂变或核质互作的结果。雄性克隆的存在使得该物种体系内出现了三类雄蚁个体:本种雄性、驯养的M. structor克隆雄性,以及野生的M. structor雄性,进一步凸显出这种复杂的生殖网状关系。
此生殖系统不仅仅是基因交换和克隆的简单叠加,更像是一种超级有机体的演化新模式,其内部不同物种个体间形成了高度整合和共生的功能分工,打破了传统物种边界的定义。此举展示了生物学上所谓"个体性"的重大跃迁 - - 多个本来独立的生物体通过基因和生态关系融合,成为更高级别的功能单位。研究还指出,这种生殖体系类似于细胞内共生关系,如细胞质中线粒体的进化起源,孕育了一种前所未有的跨物种协同维系系统。Messor ibericus所展现的"异寄生生殖"同时融合了精子寄生和卵子寄生两种生殖策略,要使两物种完全共存且互相依赖,提供了进化过程中复杂生殖创新的真实范例。生态角度而言,这种模式赋予M. ibericus实现空间扩张和种群稳固的能力,使其不再被限制于M. structor的自然分布区。这种突破性进化路径,揭示了自然界在面对生态限制和生殖瓶颈时,可能通过"性驯养"创造出新的繁殖和共生模式。
对未来而言,该发现不仅丰富了我们对社会性昆虫繁殖多样性的理解,也为研究性别演化、物种界限以及生物种间相互依赖关系提供了新思路。这些蚂蚁种群作为一个"两物种超级有机体",可能还存在更多未揭示的遗传和行为机制,亟待深入探讨。此外,"异寄生母性"概念的提出,催生了对类似跨物种克隆现象的重新审视,也许更多有机体领域中存在尚未察觉的此类复杂繁殖策略。这一成果也在广泛体制下推动了生殖生物学、进化生态学和物种形成理论的更新。它启示科学界重新思考物种的界限和生殖的多样性,为生物学的基础理论注入了活力。总之,伊比利亚采集蚁通过义务性跨物种克隆,实现了单一母体孕育两种基因截然不同的物种后代,驱动了物种间由寄生到互利合作的演变,挑战了传统的个体和物种界定模式,展示了自然界在进化路径上的无限创造力。
未来随着研究的深入,这种特殊的蚂蚁繁殖体系不仅将促进生态学和进化学领域的突破,同时或能为生物技术、生态保护及物种管理提供珍贵借鉴。 。
