当你偶遇一群排队行进的蚂蚁，需要蹲下身、眯起眼才能看清它们每个微小个体时，可能很难想象：这些体长不到 1cm 的生物，其总重量竟相当于全球人类体重的五分之一，超过了所有野生鸟类和哺乳动物的总和[1]。蚂蚁，这个在地球上繁衍了至少 1.5 亿年的古老类群，用高度组织化的“超有机体”社会，书写了地球生命演化史上最成功的篇章之一[2]。

在亿万年的进化长河中，蚂蚁究竟凭借什么优势脱颖而出？它们令人惊叹的社会组织与惊人的物种多样性背后，隐藏着怎样的遗传密码？这个困扰学界多年的谜题，终于在 2025 年 6 月迎来了重大突破。《细胞》期刊发表的一项重磅研究，通过分析全球 163 种蚂蚁的全基因组数据，首次系统揭开了蚂蚁社会性演化的遗传密码。这项由中国科学院昆明动物研究所深度参与、30 个机构联合攻关的重大研究成果，为我们揭开了蚂蚁从独居生活到建立复杂社会帝国的演化史诗。

蚂蚁的系统发育关系及重要节点上社会性状的形成（图片来源：丁果）

侏罗纪的起点：

从孤独猎手到超有机体的诞生

基于基因组数据构建的系统发育树显示，蚂蚁起源于约 1.57 亿年前的侏罗纪晚期。那时的地球，霸王龙还要在 8000 万年后才会出现，空气中飘荡着苏铁与银杏的气息，巨大的蜥脚类恐龙踩过土地，留下的脚印足以容纳整个早期蚂蚁群体[3]。

而这些早期蚂蚁可能还是独居的捕食者，直到一次改变命运的演化跃迁——与消化功能、内分泌信号、表皮碳氢化合物合成及化学感受相关的基因家族发生扩张，为蚂蚁搭建了化学通讯的分子桥梁。这些基因的变化，让蚂蚁能通过信息素识别同类，形成独特的“家族气味”。

演化史上的某个瞬间，一只雌蚁做出了关键选择：它没有独自产卵，而是允许同类留在身边帮忙照看幼虫，这个微小的举动，孕育了地球上最复杂的生物组织形式之一——“超有机体”。这是一种超越多细胞生物体或普通动物社会的、更复杂的不可逆生物组织形式。简单来说，在超有机体中，个体相当于“细胞”，群体则相当于一个“超级个体”。对蚂蚁而言，蚁后和雄蚁如同“生殖细胞”，负责繁衍后代；工蚁则像“体细胞”，承担觅食、育幼、防卫等工作。

蚂蚁的品级分化（图片来源：中国科学院昆明动物研究所）

白垩纪的分野：保守与革新的演化博弈

时间在恐龙的嘶吼中流淌，蚂蚁家族在约 1.25~1.45 亿年前走到了命运的岔路口，迎来了进化史上的关键分野：一支是“保守派”猛蚁类，它们的蚁后与工蚁体型相差无几，群体规模仅数十只，工蚁仍保留产卵能力；另一支是“革新派”正蚁类，它们的基因里藏着更大的野心。

里氏钩猛蚁 Anochetus risii（图片来源：袁东煦）

正蚁类的保幼激素通路基因开始扩增，就像给发育装上了“调节器”——蚁后能长得越来越大，工蚁则保持小巧体型；胰岛素通路基因的表达出现分化，工蚁的卵巢逐渐退化，成为专职劳力。

这场演化革新的回报极为丰厚：正蚁类的社会分工更彻底，群体规模激增，发展出高效的觅食路径标记行为。如今，它们占据了蚂蚁物种的 90%[4]，成为地球陆地生态系统中最成功的社会性昆虫类群。

持续扩张的奥秘：

基因组“稳定”与“变化”共存

蚂蚁社会的多样性，离不开其基因组较高的结构动态性。研究对比 17 个物种的染色体水平基因组发现，蚂蚁的 DNA 就像一盘不断重组的拼图：染色体融合、断裂、倒位等重排事件频繁发生，其速率是脊椎动物的 1.5~4.5 倍。要知道，这种重排速率恰好与物种多样性正相关——重排越频繁的类群，演化出的新物种越多[2]。

但在这种剧烈的变化中，又存在着惊人的稳定。研究鉴定出 970 个保守的基因集群，它们在 80%以上的蚂蚁物种中保持着相同的排列顺序。这些基因如同社会运作的“基石”，共同调控着代谢、发育等核心功能，维系着蚂蚁社会亿万年来的基本框架。

这种“整体动荡、局部稳定”的基因组策略，让蚂蚁既能快速适应环境变化，又能保留社会运作的核心机制——这或许是它们在白垩纪大灭绝中幸存，并在后来的岁月中持续扩张的关键[2]。

从基因到角色：

蚂蚁社会分工的分子密码

蚂蚁社会的核心是分工，而分工的秘密藏在基因的表达差异中。

研究发现，三个古老的信号通路在蚂蚁中被“改造”成了社会分工的“调控器”：保幼激素通路通过调控一些基因的剂量变化，决定幼虫发育成蚁后还是工蚁；胰岛素通路的核心基因通过表达差异决定蚂蚁是否迎来生殖器官的充分发育；最令人称奇的是 MAPK 通路，这个调控细胞生长的古老通路，在蚂蚁中在蚂蚁中获得了新的社会功能，能够“按下社会分工的重置键”[2][5]——实验显示，用药物抑制 MAPK 通路中的 Dsor1 基因后，小黄家蚁（Monomorium pharaonis）的工蚁体型明显变大，表现出类似蚁后的形态特征。

这些通路的协同作用，让相同的基因组能演绎出截然不同的生命剧本：蚁后专注繁殖，工蚁专注劳动，共同维系着“超有机体”的运转。

基因调控网络为蚂蚁社会分工提供了底层蓝图，而这一蓝图的实现还体现在工蚁群体的精细化角色分配上。在复杂的蚂蚁社会中，工蚁会进一步分化出更精细的“职业身份”。有些物种的工蚁分为专职照顾幼虫的小型工蚁、负责防御与攻坚的大型兵蚁，甚至出现更细致的亚品级分化。这些分工并非随机产生，而是由基因预先“编程”的行为模式。

正是这种高度专业化的分工体系，让蚂蚁群体能完成单个个体无法实现的复杂任务：从建造堪比摩天大楼的地下巢穴，到组织千里迢迢的觅食远征，再到抵御外敌入侵的精密防御，都展现出超越个体智慧的群体协作能力。

蚂蚁社会性特征之间的相互关系（图片来源：Joel Vizueta）

尾声：蚂蚁的亿年独白

我是蚂蚁，是亿年演化的结晶。从侏罗纪的裸子林到城市的水泥缝隙，我们始终在泥土中编织着社会的网络。恐龙灭绝、真花植物兴起、哺乳动物崛起、人类文明诞生……这些地球的变迁在我们眼中，不过是漫长时光里的章节更迭。

我们的秘密藏在基因里：既要有改变的勇气（染色体重排），也要有坚守的智慧（保守基因集群）；既要个体分化（品级差异），也要群体协同（信息素通讯）。我们从不追求舞台中央的光环，只做地球生命演化中最坚韧的参与者。

当人类的目光投向星空时，我们仍会在泥土里延续着生命的旅程。因为我们相信，最伟大的演化故事，往往发生在最不起眼的角落。

参考文献

[1]SCHULTHEISS P, NOOTEN S S, WANG R, et al. The abundance, biomass, and distribution of ants on Earth[J/OL]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2022, 119(40): e2201550119[2025-07-19].

[2]VIZUETA J, XIONG Z, DING G, et al. Adaptive radiation and social evolution of the ants[J/OL]. Cell, 2025[2025-07-19].

[3]XIE A, CHEN H, WANG Y, et al. An exceptionally preserved conifer wood Metapodocarpoxylon from the Jurassic of northeastern Qinghai-Xizang (Tibetan) Plateau, and its palaeobiogeographic and palaeoclimatic significances[J/OL]. Geological Magazine, 2024, 162(e7): 1-10[2025-07-19].

[4]WARD P S. Phylogeny, classification, and species-level taxonomy of ants (Hymenoptera: Formicidae)[J/OL]. Zootaxa, 2007, 1668(1): 549-563[2025-07-19].

[5]AN H, OPACHALOEMPHAN C, CARMONA-ALDANA F, et al. Insulin signaling in the long-lived reproductive caste of ants[J/OL]. Science, 2022, 377: 1092-1099[2025-07-19].

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来源丨科普中国

作者丨张应超 生态学硕士

监制丨中国科普博览

责编丨张一诺

审校丨徐来、张林林