蚁群社会寄生现象的能量-空间模型：揭示Polyergus/Formica系统的种群调控机制

这篇研究通过建立精细的数学模型，揭示了蚁群社会寄生（social parasitism）中Polyergus属蚂蚁通过掠夺Formica宿主蛹维持种群的生态平衡机制。研究发现宿主巢穴距离（23-73米）是决定寄生虫存活的关键空间阈值，其丰度上限被限制在群落10%以内。该模型量化了掠夺行为对宿主工蚁资源的"阉割效应"，为理解社会寄生（SP）的进化约束提供了全新框架。

　　

亮点

蚁群社会寄生虫必须精确平衡对宿主的剥削程度——既要获取足够资源生存繁殖，又不能过快杀死宿主。本研究通过建立Polyergus-Formica系统的能量动态模型，首次量化了这种"掠夺平衡"的空间边界：寄生虫巢穴周围23-73米形成"黄金掠夺带"，该区域宿主既能提供充足蛹源，又不会因过度掠夺而崩溃。

方法

我们首先构建了Formica宿主巢穴的能量预算模型（energetics model），包含工蚁生命阶段划分和任务分配系统。随后将其与Polyergus寄生虫模型通过随机掠夺事件耦合，最终扩展为空间显式模型。其中环形分布模型（ring of colonies）模拟均匀空间布局，而随机分布模型再现真实生境场景。

结果

1. 非空间模型显示：单个Polyergus巢穴需要持续掠夺5-15个Formica巢穴才能维持生存

2. 空间模型揭示：宿主巢穴在23-73米区间内时，寄生虫可获得最大能量收益（能量输入/掠夺成本>3.7倍）

3. 宿主密度阈值：当周围150米内宿主巢穴<8个时，Polyergus种群必然崩溃

讨论

这项研究首次用数学模型解释了为什么自然界中Polyergus丰度始终低于10%——这是空间掠夺效率与宿主恢复力动态平衡的结果。有趣的是，模型预测的"寄生虫安全距离"与野外实测数据高度吻合。该框架可推广至其他社会性昆虫（如蜜蜂属Apis）的寄生系统研究，为理解协同进化（co-evolution）提供量化工具。