出品：科普中国

作者：地星引力

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，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。

蚂蚁是一种社会性的昆虫，它们会群居在一起，并在群体内部建立明确的社会分工。一般来说，蚂蚁分为：蚁后，工蚁，兵蚁，雄蚁等。

蚁后负责生产，工蚁负责收集食物以及照料蚁后和幼蚁，兵蚁负责防御蚁巢，雄蚁则只负责与蚁后交配。这种分工我们有时候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（左侧7个）以及蚁后（右侧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。那么，在蚁群建立之初，它们是如何开局的呢？

“开局一只蚁，装备全靠捡”

在蚂蚁群落建立之初，它们往往会经历极为艰难（类似于“开局一条狗，装备全靠捡”）的开局：往往是一只蚁后前往新的区域，在经过定居、捕食、产卵、孵化等漫长的流程后，蚁群内的蚂蚁才会缓慢增长到足够安全的地步。而在这期间，它们可能会因为被捕食、采集的食物不足或者是被病菌感染而全灭。因此，总得来说，其实蚁群能够成功立足的概率还是比较低的。

在这些导致蚁群全灭的因素中，病菌（尤其是传染性病菌）的感染格外重要，因为病菌感染的早期往往难以察觉，但到了晚期却一切都已经晚了。

在成熟的蚁群中，由于蚂蚁数量充足，它们往往可以通过多种方式避免病菌的扩散，比如：

（一）回避：主动回避被污染的区域，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式来主动清理巢穴内的病菌。

但是在初生的蚁群中，由于“蚁力”资源有限，往往无法做到上述条件。因此，对这种处于起步阶段的蚁群的防疫手段，科学家们非常好奇。最近，就有科学家专门进行了观察和实验。

幼蚁被感染了，蚁后怎么办？

通过观察和实验发现：对蚁后来说，最有效的防疫方法就是吃掉被感染的幼蚁或蚁卵，重复利用它们的营养来生产干净蚁卵。

这个实验利用了黑毛蚁（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。每年秋季左右，蚁后婚飞后会独自建造巢穴（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（产卵后体型可能会下降50%）。

图为婚飞后黑毛蚁蚁后，目前还带着翅膀，随后她会吃掉自己的翅膀，尽量积攒更多的有机物

（图片来源：Wikipedia）

第一批卵要经过数周才会孵化并成为最初的工蚁。这些工蚁体型很小但却极为关键，它们一出生就会开始为蚁后寻找食物，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常见真菌，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。由于这种真菌感染的昆虫包括白蚁、蝗虫等多种害虫，因此它们也会经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，科学家们首先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，将这些幼虫隔离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，观察蚁后的反应。

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

据观察发现，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。

由于对照组表明，在正常情况下，蚁后往往也会食用已经死亡的幼虫的尸体来回收营养物质。因此，为了确定蚁后吃掉幼虫到底是因为幼虫感染了病菌，还是仅仅因为幼虫死亡了，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）

科学家们认为，这些蚁后可能有某种感知幼虫是否被感染的手段。类似于人类通过测量体温来检测是否得病一样，只是蚁后并不依靠体温，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，蚁后通过这些变化来探测幼虫是否感染。

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，蚁后的这种防疫方法是卓有成效的。

吞食感染幼虫后，蚁后为什么不会被感染？

但是，为什么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，反而会造成菌株直接在体内生长。科学家们推断，这是因为蚁后可能会通过吞食它们自身的酸性毒液来杀死体内的菌株，因为他们观察到蚁后会梳理它们的毒液腺。

为了更进一步理解蚁后为什么会吃掉被感染的幼虫，科学家们还模拟了蚁后无法检测和吃掉被感染幼虫的情况：他们向蚁后投放了感染阶段到末期的幼虫以及对照组幼虫。

在感染阶段末期，真菌已经消耗完了幼虫体内的营养，进入到生产大量孢子的阶段，会产生成百上千个微小的、新的、具有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，这是一种非常主动的防疫措施。但尽管如此，若蚁后在消耗完它们体内的毒液后，依然无法消除子实体，它们自身就会感染病菌并死亡。在实验中，大约80%的蚁后因此死亡，即使少数蚁后幸存下来，其幼虫也会被陆续感染而死亡。

研究表明，蚁后的“创业”思路是有成效的

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，科学家们认为，这种“吃掉被感染幼虫”的做法，不仅能有效控制传染病，还是生存策略的一部分，因为在“创业”前期，每一个幼虫都至关重要，它们孵化后产生的工蚁数量是决定蚁巢起始资源收集数量的多寡——工蚁数量越多，收集的食物越多，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.

来源: 中国科普博览

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