中央研究院 Logo

 科學家們很早就觀察到，同種的昆蟲有時會有不同的社會行為，例如說，紅火蟻（Solenopsis invicta）即有「單蟻后」與「多蟻后」兩種社會型態，此兩種社會族群型態中的個體的特徵、行為與互動關係，有很大的差異，但科學家一直不清楚其調控的機制。近日，本院生物多樣性研究中心助研究員王忠信博士，與國外研究學者共同發表的研究成果顯示，不同社會型態中的紅火蟻的行為差異，是由「社群染色體」所決定。此論文發表於2013年1月17日發行之《自然》（Nature）雜誌。

2003年，台灣第一次有紅火蟻入侵的紀錄，目前在大臺北地區與桃園、嘉義、苗栗、新竹等縣市，均發現大量紅火蟻聚落，台灣其他地區也偶見蹤跡。紅火蟻是侵略性極高的螞蟻，其毒液會讓被叮咬的患者有火燒灼熱之疼痛感，故名紅火蟻。紅火蟻對台灣的居民及生態造成極大的威脅，除了灼癢之生理反應之外，若患者本身有過敏性體質，嚴重時可致命。目前在臺灣與世界各地，抑制與消滅紅火蟻的效果普遍不彰，主要因為紅火蟻的聚落數量龐大，不可能一一施藥撲滅；同時紅火蟻繁殖力驚人，單一聚落中之雄蟻與蟻后數量有時可達數千隻以上，也使得撲滅紅火蟻的工作格外的困難。大量的紅火蟻聚落，已在美國、澳洲、中國與台灣等許多國家造成極大的損害，各國相關單位一直在極力找尋控制紅火蟻的有效方法；但過去所提出的方案，大多都沒有明顯的功效。自從紅火蟻的基因體在2011年被完整的解碼定序之後，科學家便持續深入研究其基因的種類與功用，希望能從中找到調控紅火蟻不同社會型態間行為差異的機制。此次王忠信博士與其合作學者所共同發表的論文，就是藉由紅火蟻基因體的研究，發現了「社群染色體」的存在，而此「社群染色體」即為決定紅火蟻族群為「單蟻后」或「多蟻后」社會型態的關鍵。這項發現，未來可應用於開發控制紅火蟻之基因工程方法。一般而言，染色體上的基因可與其同源染色體上的基因進行重組。然而，在紅火蟻的基因體中，有一段含有600個以上基因的區域，並無法進行基因重組，此區域被稱為「超級基因」，而此「超級基因」所在之染色體即為「社群染色體」。這樣的社群染色體有兩種，其特性與人類的兩種性染色體X與Y十分相近；也就是說，個體的表徵與行為，會由其染色體的組合 (XX或XY)來決定。王忠信博士與其合作學者的研究發現，單蟻后族群的個體，僅帶有一種社群染色體（如雌性的XX染色體）；而多蟻后族群中的個體則帶有兩種社群染色體（如雄性的XY染色體）。這些不同社群染色體的組合，造成了單蟻后或多蟻后族群中的蟻后與工蟻之行為與特徵的差異。舉例來說：單蟻后族群的處女蟻后在交配前會囤積大量脂肪，當其另立門戶形成新聚落時，大量的脂肪會轉換成食物以餵養首批工蟻；相反地，多蟻后族群的蟻后只囤積少量脂肪，且不自立門戶，而是選擇加入既有之多蟻后族群。同時，單蟻后與多蟻后族群之蟻后有不同的氣味。多蟻后族群的工蟻即靠著辨別氣味，選擇性地接受來自多蟻后族群的新蟻后。此篇論文的結論指出，紅火蟻之所以能有單蟻后與多蟻后兩種截然不同的社會型態，是透過社群染色體上超級基因中的600個基因，來做全盤縝密的調控，以確保單蟻后與多蟻后族群中的蟻后與工蟻，均可發展出正確的表徵與特性，以符合其各自所屬之社會型態。這項研究由多位國際學者協同完成， 除本院助研究員王忠信博士之外，亦有瑞士洛桑大學Laurent Keller教授；英國倫敦大學女王瑪麗學院的Yannick Wurm博士；以及美國農業部農業研究服務中心的DeWayne Shoemaker博士等人。