研究團隊選用了社會性昆蟲研究的模式物種——法老蟻作為研究對象，基于華大智造DNBelab C4單細胞建庫測序平臺，分析了900多個來自4種不同品級的法老蟻的大腦，構(gòu)建了覆蓋法老蟻社會中全部成體形態(tài)的大腦細胞圖譜，并將其劃分出43種不同的細胞類群。

螞蟻是億萬年生存斗爭中的佼佼者。其在地球上存活了1.4億年，曾與恐龍共存，比人類的歷史久遠得多?？茖W家曾統(tǒng)計，如果把全世界所有螞蟻放在一起稱重，總重量與全球所有人類總重量相當。

然而，與人類不同的是，螞蟻不能單獨生存，而必須作為蟻群的一份子。螞蟻在演化上的成功與其高度社會化緊密相關。一個成熟的螞蟻帝國中，至少存在4種不同形態(tài)的分工類型，分別為：工蟻、雄蟻、處女繁殖蟻和蟻后。

工蟻一般卵巢完全退化，終身從事育幼、覓食等工作，沒有繁殖能力。雄蟻活著只有一個目標，離開巢穴找到心儀的蟻后進行交配，交配后很快生命就結(jié)束了。處女繁殖蟻成功交配后成為蟻后，蟻后長期待在巢內(nèi)，專職產(chǎn)卵，獲得后位的她壽命還會顯著延長；而錯過交配窗口期的處女繁殖蟻，其行為會逐漸偏向工蟻，從事部分育幼及覓食工作，而且卵巢也會逐漸萎縮。

本次研究選用的法老蟻是一種橙黃色小型螞蟻，在世界上廣泛分布，也是一種公認的室內(nèi)害蟲。

通過分析4種不同品級的法老蟻的大腦，研究人員發(fā)現(xiàn)，工蟻與雄蟻的大腦是極度特異化的。其中負責學習記憶的高級大腦中樞蘑菇體細胞和負責處理氣味信息的細胞在工蟻大腦里含量極高，而負責處理視覺信息的視葉細胞在工蟻大腦里的含量則很低。雄蟻大腦的細胞組成趨勢則相反，視葉細胞含量很高，而蘑菇體細胞和處理嗅覺信息的細胞含量則非常低。處女繁殖蟻和蟻后的大腦細胞類型則相對“正?！?。

“這意味著工蟻是更傾向于嗅覺感知的動物，而雄蟻則更依賴視覺，這可能與其要依靠視力尋找合適的交配對象有關?！?論文的第一作者、深圳華大生命科學研究院李啟業(yè)研究員介紹說，“蟻群內(nèi)部伴隨著不同的社會分工出現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)和細胞組成的大腦，這些就像是為了完成特定的工作，而專門設計的一個個大腦?！?/span>

“而在整體層面，不同品級的螞蟻大腦有不同方向和程度的特異化，彼此之間又功能互補，這使得蟻群成為一個真正意義上的‘超個體’，能夠同時行使生殖、育幼、覓食、防御等全面的功能?！?論文的共同通訊作者、中國科學院昆明動物研究所劉薇薇副研究員補充道。

自然界中具有社會行為的動物很多，但能稱為“超個體”的動物并不多，螞蟻便是其中之一。螞蟻中的工蟻不能繁殖，作為一個生命來說并不完整。蟻后雖然有繁殖能力，卻往往生活不能自理，需要工蟻照顧。只有把這一窩螞蟻湊成一個整體，它作為一個生物的所有生理機能才能齊全。

該研究還有一些有意思的發(fā)現(xiàn)。比如，研究團隊將處女繁殖蟻與成熟蟻后的大腦進行比較，發(fā)現(xiàn)它們大腦細胞的組成發(fā)生了明顯的變化。其中，視葉細胞的含量在蟻后大腦中明顯降低，這與蟻后長期適應黑暗的巢內(nèi)環(huán)境相關。而多巴胺細胞以及一類具有神經(jīng)保護功能的膠質(zhì)細胞的含量則在蟻后大腦中顯著增加。這些大腦細胞類群的變化以及神經(jīng)環(huán)路的重塑，或許決定了蟻后生殖功能的極度提升以及壽命的顯著延長。這也為其他動物長壽的研究提供了可能的方向。

此外，研究團隊通過比較法老蟻和果蠅的大腦細胞組成的差異發(fā)現(xiàn)，比起果蠅，法老蟻中負責高級認知功能的蘑菇體細胞的含量更高，其功能也發(fā)生了明顯的多樣性分化。另外，盡管法老蟻與果蠅在演化歷史上已分開了數(shù)億年，研究發(fā)現(xiàn)，它們大腦中仍然有很多種類的細胞保持著同樣的分子特征，行使著相似的功能。