作者：小柯
来源： 
时间： 2019-07-27 12:18:24 评论(入侵红火蚁 (以下简称红火蚁) 个性凶残，防治困难，许多遭到入侵的国家皆很头痛，包括台湾。中研院生物多样性中心的王忠信副研究员，多年来持续研究红火蚁，发现红火蚁的社交行为，是由六百多个基因锁在一起的“超级基因”所调控。近年来，他积极寻找超级基因上面、决定蚁后气味以及工蚁分辨气味的关键基因，希望能开发出更有效的防治饵药，诱骗工蚁暗杀自己的蚁后。
入侵红火蚁 (以下简称红火蚁) 原产在温暖、潮湿的南美，1920 年代传入美国，扩散到全美各地，再通过进出口货物、盆栽泥土传播，从美国扩散到澳洲、中国、日本、韩国、台湾等地。 图片来源│王忠信天生脾气暴、不好惹！入侵红火蚁有多恐怖？红火蚁的食性杂，什么都吃，像是死掉的动物、昆虫，地面鸟巢中不会飞的幼鸟。连蜥蜴、乌龟等靠近巢穴，红火蚁也会发动攻击，把动物咬得奄奄一息。只要有红火蚁侵入的地区，其他生物几乎无法存活，造成生态浩劫。红火蚁还有毒！虽然许多蚂蚁都是自备毒液的狠脚色，但大多数个性温和、攻击性低，一旦被人踩到，立刻四处逃窜。红火蚁侵略性非常强。谁敢侵门踏户，立刻倾巢而出，发动恐怖攻击。连人类也难挡红火蚁的恐怖袭击！红火蚁会吃农作物的果实、根茎，还会捕食泥土中的蚯蚓，造成严重的农业损失。气得想一脚踩死？哼哼，红火蚁立刻顺着人腿往上爬，用大颚咬住皮肤，再用腹部螫针注入毒液蛋白。人被咬到立刻有像火烧灼热的疼痛感 (所以称为红火蚁)，少数过敏严重的人会休克，甚至死亡。现有饵剂效果不佳2003 年，台湾发表境内存在入侵红火蚁，危害范围主要在桃园，随着每年的婚飞、繁殖，领域渐渐往外扩展，台湾新北市、松山机场等地也有灾情。目前台湾的防治策略是采热点控制 (hotspot control)，当有人发现巢穴并通报，负责人员会前往施打饵剂。不过，目前饵剂只能防除 85~95% 的入侵红火蚁的族群，主要原因可能是：饵剂是用药和去油脂玉米颗粒、大豆油混合，一旦不新鲜了、受潮了，就会降低对蚂蚁的吸引力，偏偏台湾天气又很潮湿。另外，触杀型药剂可能伤害其他昆虫，只建议小范围使用，因此效果有限。另外，还有灌入低温液态氮、冻死红火蚁，或灌入热水、烫死它们，但这两种比较麻烦又有危险……中研院王忠信副研究员提出新解方：从红火蚁的社交行为和基因组下手！单蚁后 vs 多蚁后大部分的蚂蚁巢穴中不是单蚁后 (巢中只有一只蚁后) ，就是多蚁后 (巢中有多只蚁后)，只有 5~10% 的蚂蚁同时具有单蚁后和多蚁后巢穴，红火蚁就是其中之一。有趣的是，当单蚁后巢的工蚁发现外来的单蚁后或多蚁后，统统格杀勿论。但多蚁后巢的工蚁似乎比较“包容”，它们会杀死单蚁后巢的蚁后，但会接纳其他多蚁后巢的蚁后。
资料来源│王忠信 图说设计│黄晓君、林洵安工蚁怎么认出自己的“母后”？答案：气味。美国科学家曾做过实验，把多蚁后巢的工蚁，分别与多蚁后的蚁后、单蚁后的蚁后摩擦，再放回工蚁原本的多蚁后巢穴。结果发现，与多蚁后巢的蚁后摩擦的工蚁，可被同伴接受，但与单蚁后巢的蚁后摩擦的，会遭到同伴攻击，证实蚁后气味的转移会引发工蚁分辨行为的混乱。王忠信灵机一动：擒贼先擒王，想要有效防治红火蚁，可以诱骗工蚁杀死自己的蚁后，即可轻松瓦解整个蚁群！方法是：找出红火蚁身上控制气味和嗅觉的关键基因，以此设计饵剂，改变蚁后的气味或误导工蚁的嗅觉。但关键基因上哪找？这就要说到王忠信在 2013 年的重大发现：红火蚁的超级基因 (supergene) 与社交染色体 (social chromosome)。找到红火蚁超级基因科学家很早就知道，红火蚁的单、多蚁后巢受到一组 B、b 基因所控制。不过，单蚁后或多蚁后巢，不光是蚁后的数量和气味不同，还有许多特征和行为差异。比方说：单蚁后的处女蚁后腹部脂肪较肥厚，当其另立门户，会用大量的脂肪喂养首批工蚁，而工蚁的侵略性也比较强；相反地，多蚁后族群的蚁后只囤积少量脂肪，而且不自立门户，选择加入其他多蚁后族群…… 科学家认为，光是一组 B、b 基因不可能控制这么多差异。直到 2013 年，王忠信发现，控制红火蚁社交行为的关键，是一组包括六百多个基因的“超级基因”。超级基因有多“超级”？一般减数分裂时，染色体的基因有机会互相交换，形成新的基因组合，所以“龙生九子，子子不同”。超级基因则是被“锁在一起”的一群基因，在减数分裂时，里头的基因是不能拆开、互换的。即使真的互换了，前、后的基因会重复或缺少，诞生的子代通常无法存活。换句话说，超级基因必须“整组”发给后代，像被绑在一起的“套装式”基因。决定社会行为的社交染色体而红火蚁超级基因所在的染色体，即是“社交染色体”。红火蚁的社交染色体有两种：SB、Sb ，超级基因位于 Sb 上。因为 Sb 上有超级基因，SB 和 Sb 在整体结构上很不一样，很像人类的性染色体 X 和 Y 的情况。也就是说，两种染色体的不同组合，会造成个体很大的差异，就像 X 跟 X 组合是女性，X 和 Y 组合就变成某性。单蚁后族群的个体，只有 SB 这种染色体 (就像女性只有 X) ，多蚁后族群则有两种染色体：SB 和 Sb (就像男性有 X 和 Y )。这两种社交染色体的组合，决定了多蚁后巢和单蚁后巢截然不同的社会型态。
资料来源│王忠信 图说设计│黄晓君、林洵安这项发现证实了动物的社会行为与遗传有关，也是首次发现动物社交染色体决定它们的行为差异，对社会和演化生物学有极大的贡献，论文于 2013 年 1 月 17 日获登国际权威期刊《自然》(Nature)。工蚁的气味结合蛋白找到了调控社交行为的超级基因，接下来，王忠信想知道，在这六百多个基因中，哪些基因负责调控蚁后的气味以及工蚁的嗅觉？是否能用在防治上？目前已经有一些眉目……先从工蚁的嗅觉说起！多蚁后巢的工蚁有 SBSB 和 SBSb 两种，单蚁后巢只有 SBSB 工蚁，王忠信将两种工蚁的触角切下来，测试基因表现。结果发现，有种可以抓住气味分子的蛋白质 OBP12，在 SBSb 工蚁的 RNA 的表现量很高，在 SBSB 工蚁身上没有，调控这个气味分子的基因在超级基因上，那么这种气味分子会不会就是工蚁辨认蚁后的关键呢？“下阶段的实验，就是除去这种蛋白质 OBP12 的基因，观察是否会影响工蚁辨认蚁后。”王忠信说。
红火蚁的触角外面有一层壳，中间的神经表面有受器，可接收外界的气味分子，形成嗅觉。但是！外壳和神经之间是液体，就像一条河，气味分子不溶于水，不能自己“渡河”，必须由一种气味结合蛋白 OBP12 抓住、保护，才能顺利“游过”液体、抵达神经的受器。 资料来源│王忠信 图说设计│黄晓君、林洵安多蚁后的独家油脂另外，他将蚁后泡入有机溶剂，将身上的油脂溶出并分析。他发现一种编号为 23 的油脂，在 SBSb 多蚁后身上量很高，在 SBSB 单蚁后很低。这种油脂会不会是工蚁判断多蚁后和单蚁后的关键？因为雄蚁的基因是单套的 SB 或 Sb，他又去分析不同的雄蚁，发现 Sb 雄蚁身上有决定脂肪酸构造的多种蛋白质基因 (可产生油脂)，但在 SB 雄蚁表现量比 Sb 低，也许这就是具有 Sb 的多蚁后身上为什么会有大量编号 23 油脂的原因。下一步要证实：编号 23 的油脂是多蚁后工蚁辨认蚁后的关键！他在多蚁后巢中放两张纸片，一张是泡过多蚁后的纸片，一张是泡过单蚁后的纸片。正常情况下，多蚁后的工蚁会把泡过多蚁后纸片带回家 (因为编号 23 油脂量很大)，将泡过单蚁后的纸片丢到巢外它们的专属“垃圾桶”(无编号 23 油脂)。