为什么蚁后在不吃不喝的情况下也能哺育幼虫呢？日本玉川大学研究生院农学研究科的宫崎智史副教授等人组成的研究团队发现，当黑毛蚁的蚁后独自建立一个新的蚁群时，即使在没有食物的条件下也能哺育后代，在哺育期间蚁后会扩大自己的部分胸腔食管，形成一个为幼虫储存液体食物的胸囊。研究团队还明确了胸囊的详细形成过程。黑毛蚁蚁后创建蚁群是蚂蚁的一种典型扩张模式，因此，本次研究明确的胸囊形成过程对很多蚂蚁来说可能都是共同的。相关内容已在线发布于Arthropod Structure & Development上。
图：黑毛蚁的蛰居型蚁群创建以及蚁后的体内构造（特别是食管及飞行肌）随之发生的变化。在大约6周的蚁群创建期间，第2～5周蚁后独自负责哺育后代，哺育出第一批工蚁。在这一过程中，蚁后的飞行肌（蓝色部分）首先分解，食管向产生的空间扩展，形成胸囊。胸囊内储存着油状液体（黄色），被认为是用于喂养幼虫的食物。（供图：玉川大学宫崎智史副教授）
社会性昆虫蚂蚁会建立由蚁后和工蚁组成的蚁群，哺育后代和觅食等劳动由工蚁负责。然而，它们的职责只有在建立新的蚁群时才会发生变化。在空中完成交配后，雄蚁死亡，一个新的蚁后会潜入地下等筑巢、产卵，并将孵化的幼虫抚养成工蚁。
具有原始特征的针蚁亚科等蚂蚁的蚁后会自己离开巢穴去采集食物喂养幼虫，但作为派生种群的山蚁亚科和家蚁亚科的蚁后则一直留在巢穴里，不吃不喝并将自己体内储备的肌肉和脂肪转化为食物喂养幼虫。后一种策略被称为蛰居型蚁群创建，乍一看似乎很残酷，但可以避免在巣外捕食的死亡风险，并使蚂蚁能够在各种各样的环境中繁殖兴旺。
建立蛰居型蚁群的一些蚂蚁种群，蚁后在此过程中会将胸部的食管扩张成袋状，形成“胸囊”，在里面储存液体食物。在这个过程中，蚁后的脂肪含量会减少，并分解不再需要的飞行肌，这些数据表明，胸囊中储存的食物来自这些脂肪和飞行肌。另一方面，一些蚁种被认为还会将腹部的“嗉囊”中储存的甘油三酯反流至胸囊。
胸囊的形成及其内容物的储存在建立蛰居型蚁群时发挥着重要的作用，但此前几乎没有实际调查这些过程的研究。
研究团队以日本大量分布的黑毛蚁的新蚁后为对象，详细观察了建立蛰居型蚁群时胸囊的形成过程。
观察发现，开始建立蛰居型蚁群的黑毛蚁蚁后会在1周内开始产卵。2周内第一批幼虫孵化，4周内幼虫变成蛹，第6周羽化出第一批工蚁。也就是说，蚁后在开始建立蚁群的第2～5周会独自抚养幼虫。与此同时，刚开始建立蚁群时为细管状的蚁后食管会从第2周开始膨胀，在第3～6周形成袋状胸囊。另外，飞行肌的分解发生在开始建立蚁群后的第1～3周，比胸囊的形成时间早，飞行肌分解物被作为食物利用的可能性得到证据支持。另一方面，嗉囊在开始建立蚁群后的四周内也未发现明显的尺寸变化，而且还未观察到内容物反流至胸囊的现象。
研究团队利用共聚焦显微镜观察胸囊形成之前和之后的蚁后胸部发现，胸囊形成之前，食管壁整体比较厚，背侧（上侧）的食管壁尤其厚，并观察到了细密的波纹状表面结构。而开始建立蚁群后的第3周，观察到形成了胸囊的蚁后的食管背侧大幅膨胀，占据了飞行肌分解后产生的空隙，并且膨胀后的食管壁被拉伸变薄。
这些结果表明，胸囊的形成与蚁后独自育儿同步发生，并且与不再需要的飞行肌的分解在时间和空间上协调发生，另外食管专门进化成了适合胸囊形成的结构。表明胸囊的形成与使其成为可能的食管结构帮助黑毛蚁蚁后完成了残酷的独自育儿。
结合此次的研究结果和先行研究结果来看，建立蛰居型蚁群的蚁种、特别是山蚁亚科被认为胸囊的形成过程与黑毛蚁相似。
另外在此次研究过程中还观察到了蚁后哺育的幼虫吞食相当于自己姊妹的卵和幼虫的现象。目前尚不清楚在蛰居型蚁群的建立过程中会发生多少这种同类相食的现象，以及这是否是建立蛰居型蚁群的必要行为。研究团队打算通过全面了解这些现象来明确蚁后独自哺育后代的实际情况。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Arthropod Structure & Development
论文：Thoracic crop formation is spatiotemporally coordinated with flight muscle histolysis during claustral colony foundation in Lasius japonicus queens.
DOI：doi.org/10.1016/j.asd.2022.101169
