更廉价劳动力的出现促进了蚂蚁群体的扩大，并加速了其种群的多样化

《SCIENCE ADVANCES》：The evolution of cheaper workers facilitated larger societies and accelerated diversification in ants

社会昆虫通过减少外骨骼投资实现群体规模扩张，促进物种分化。研究发现，切膜虫工蚁外骨骼体积与体积分异度呈负相关，且群体规模与外骨骼投资减少直接相关。饮食（捕食/腐食）和气候（温度）对切膜投资有次要影响，而群体规模本身与物种分化无显著关联。演化模型显示切膜投资减少驱动群体规模扩大，二者存在双向反馈。

　　
本研究聚焦于社会性蚂蚁群体规模扩张与个体体壁投资之间的进化关系，通过整合三维显微断层扫描技术与宏观演化分析，揭示了体壁资源分配模式如何驱动蚂蚁社会的复杂化与物种多样性进程。研究团队采集了507个物种共880个体的高精度三维扫描数据，采用自主开发的计算机视觉算法实现了体壁体积的自动化测量，解决了传统人工标注耗时且易错的技术瓶颈。通过对比分析发现，大型蚁群普遍表现出工蚁体壁投资比例的显著降低，这一现象与物种多样性速率的加速提升存在明确相关性。

研究创新性地构建了多维度分析框架，首先通过形态测量学分析发现，不同蚁类 castes（ worker/queen/male）存在差异化的体壁scaling关系。工蚁体壁体积与体质量呈现轻微亚等比关系（slope=0.96），而繁殖个体（queen/male）的体壁投资表现出更显著的压缩效应（slope=0.90-0.92）。这种差异可能源于繁殖个体需优先保障繁殖成功率，而工蚁则需平衡防御能力与群体规模扩张。

核心发现显示，蚁群规模与标准化体壁投资存在强负相关（R2=0.44），表明群体规模扩张驱动了体壁资源的重新分配。这种资源再配置策略具有显著的生态适应性：体型较小的工蚁（非兵蚁亚类）在营养受限环境中能更高效地利用有限资源进行种群扩张，同时群体规模的增加提供了集体防御能力，降低了个体体壁防护的必要性。研究特别指出，兵蚁（major workers）的体壁投资并未随群体规模增大而减少，这暗示了不同职级的角色分化——兵蚁维持着必要的物理防御，而普通工蚁则承担资源生产功能。

在生态适应性方面，研究证实了营养策略与体壁投资的关联性：捕食性及菌共生性蚂蚁的体壁投资显著高于杂食性物种（P<0.001），这与前体研究发现的氮代谢平衡机制相吻合。气候因素同样呈现次级影响，热带地区蚂蚁的体壁投资平均高出温带地区15%-20%，可能源于病原体压力与脱水风险的协同作用。值得注意的是，尽管树栖蚂蚁面临更高的环境胁迫，但其体壁投资并未显著高于地栖同类，这为理解体壁防护的替代性适应策略提供了新视角。

关于演化动力学，贝叶斯模型比较显示存在三个关键演化节点：白蚁亚科（Formicinae）的体壁投资压缩发生在2.3亿年前； Dolichoderinae 与 Pseudomyrmecinae 的联合演化事件（1.2亿年前）导致体壁投资出现第二次大规模下降；最后在 Myrmicinae 中（约8000年前）形成稳定的兵蚁-工蚁防御分工体系。值得注意的是，这些演化转折点均与蚁群规模扩张存在时间上的重叠，支持体壁投资调整驱动社会复杂化这一假说。

研究还提出了"防御策略替代"（Defense Strategy Substitution）理论，解释了体壁投资减少与多样化速率提升的内在机制。当个体防御能力通过群体协作得到补偿时，资源可转向繁殖支持与群体组织优化。这种转变在热带菌共生蚂蚁（如叶切蚁）和行军蚁（Dorylinae）中表现尤为突出，尽管它们的营养策略存在显著差异，但都通过集体防御机制实现了体壁投资的战略性缩减。

方法论层面，研究开发了基于边缘检测的智能分割算法，其精度经人工验证达0.996的皮尔逊相关系数。该算法创新性地融合了形态学特征与图像处理技术，成功解决了体壁与内骨骼的区分难题，为昆虫形态学定量研究提供了新范式。在统计模型选择上，通过信息准则（CICc）筛选出最优模型组合，显著优于传统单一模型假设。

研究结论对理解社会性昆虫的进化路径具有重要启示：群体规模扩张与个体资源优化配置之间存在动态平衡。当群体具备足够的集体防御能力时，减少个体体壁投资可释放更多能量用于繁殖支持与群体组织，这种"质量-数量"权衡的演化成功模式可能具有普遍性。后续研究可深入探讨这种资源分配模式在不同生态位中的适应性边界，以及与其他 costly trait（如脑容量、繁殖投资）的协同演化关系。

该研究突破性地将三维成像技术与宏观进化分析结合，不仅验证了传统生态学中的资源分配权衡理论，更揭示了社会性昆虫在复杂进化压力下的创新策略。其方法论框架（自动化形态测量+多组学整合分析）为昆虫学、社会学及系统发育生物学提供了跨尺度研究范式，对理解社会性生物的群体决策机制与生态适应策略具有重要参考价值。