Nature揭示了进化将忽视转化为养育的一种巧妙方式

蚂蚁的亲代抚育行为似乎是通过重新利用古老的神经回路而非创造全新的大脑系统而进化而来的。由于同一类神经肽在蚂蚁和哺乳动物中都调控着抚育行为，进化可能依赖于一种共同的分子蓝图来调控社会行为。这些发现使蚂蚁成为研究亲代抚育行为起源的有力新模型。此外，由于研究人员发现蚂蚁的抚育行为会随着其生命周期的变化而变化，他们的发现也有助于我们理解健康衰老如何自然地重塑大脑和行为。

　　

早在现代育儿方式出现之前，动物产卵后便会离开，任由后代自生自灭。如今， 发表在 《自然》杂志上的一项研究 揭示了进化将忽视转化为养育的一种巧妙方式。研究人员以克隆掠食蚁（一种令人惊讶的、具有亲代行为的昆虫）为研究对象，发现进化并没有为照顾幼崽而进化出全新的大脑回路，而是将原本用于调节饥饿的古老神经系统重新利用，使其成为社会行为的触发机制。

由于蚂蚁和哺乳动物在照顾幼崽方面有着密切相关的大脑信号系统，而且这些行为会随着蚂蚁年龄的增长而自然改变，因此在蚂蚁身上发现的这些行为可以帮助科学家更好地了解哺乳动物的育儿方式是如何进化的，以及人类的大脑是如何随着年龄的增长而变化的。

“我们的研究充分说明了进化很少从零开始创造事物，” 洛克菲勒大学社会进化与行为实验室主任 丹尼尔·克罗瑙尔说 。“进化会利用已有的资源，并在此基础上进行发展，有时会以非常出人意料的方式进行。”

模范父母

哺乳动物哺育幼崽，鸟类维护巢穴，蚂蚁抚育幼虫。这些形形色色的育儿行为是如何从不负责任的祖先演变而来的，至今仍是个谜。但科学家们推测，进化是通过重新利用古代生物系统而非创造全新机制来实现的。事实上，此前对哺乳动物的研究表明，一些参与调节饥饿感的神经肽可能已被用于激发育儿行为。

然而，验证这一想法却困难重重。现代神经科学的常用实验对象——果蝇和线虫——并不照顾幼崽；而小鼠却是慈爱的父母，科学家们已经鉴定出一些参与其育幼行为的神经肽。克罗瑙尔的团队在研究中发现，小鼠和蚂蚁之间存在一些神经调节机制的重叠。这意味着，展望未来，蚂蚁大脑相对简单的结构（6万个细胞，而小鼠大脑有1亿个细胞）或许能为我们提供一条更快捷的途径，让我们以比小鼠更高的分辨率理解这些机制及其背后的神经回路。

研究团队首先开发了一个行为平台，将单个蚂蚁与其幼虫配对，从而能够自动追踪数百次育幼互动。随后，他们识别并合成了蚂蚁大脑中的多种化学信号分子，并系统地测试了每种分子对育幼行为的影响。由于蚁群依赖于严格的、与年龄相关的劳动分工——幼蚁留在巢穴中哺育幼虫，而年长的蚂蚁则离开巢穴外出觅食——研究人员希望了解大脑化学物质如何控制这种转变。后续实验考察了最有希望的分子在大脑中的产生位置，这些分子如何随着蚂蚁的一生而变化以驱动角色转变，以及当研究人员增加或减少分子活性时行为会发生怎样的变化。研究团队还比较了食物充足和饥饿的蚂蚁，以确定这些育幼信号是否仍然与它们被认为进化而来的古老摄食回路相关联。

“我们对这只蚂蚁的神经肽组进行了注释，也就是完整的神经肽集合，”凯说。“我们鉴定出了70种神经肽。这需要付出大量的努力，但现在我们拥有了一组可以从多个方面进行研究的分子。”

照护者的大脑

他们的研究结果表明，控制蚂蚁育幼行为的神经系统与调节饥饿的古老神经回路紧密相连，揭示了两种大脑信号分子，它们根据蚂蚁的内部状态发挥着相反的行为调节作用。神经肽F（NPF）促进育幼行为，而变态抑制素A（AstA）则促使蚂蚁离开幼虫去觅食。幼蚁大脑关键区域的NPF含量较高，AstA含量较低，而老年蚂蚁则呈现相反的模式。这符合逻辑，因为蚂蚁会随着年龄的增长而从育幼转向觅食。操纵这两种分子中的任何一种都会改变蚂蚁的行为，这展现了这些神经肽的强大作用。而且，正如哺乳动物研究所示，这两种与育幼行为密切相关的神经肽也会对饥饿做出反应——饥饿的蚂蚁NPF含量增加，AstA含量降低，导致它们表现出育幼行为；而进食则逆转了这种平衡，促使蚂蚁将育幼职责转向觅食。

“我们发现，亲代行为建立在喂养相关的神经回路之上，这有一定的道理，”克罗瑙尔说。“亲代行为很大程度上与喂养有关——不仅是喂养自己，也喂养后代。”

下一步是绘制这些神经肽作用于产生亲代行为的神经回路图。由于哺乳动物似乎依赖一些相同的神经肽来调节育幼行为，因此比较不同物种的这些回路可能有助于揭示亲代行为本身的进化，从而发现一种可能适用于整个动物界的共同生物学策略。

“令我惊讶的是，如此多不同的动物谱系中，相似的育儿行为竟然多次进化出现，”凯说道。“我们的论文表明，这类行为的进化路径远比我们天真地想象的要受限得多。这非常令人兴奋，因为它最终可能为我们揭示这些复杂社会行为的进化蓝图。”

由于蚂蚁会随着年龄增长自然地从照料者转变为觅食者，它们为研究人员提供了一个强有力的新模型，用于理解健康衰老如何重塑大脑。这些发现可能为探索人类的类似过程奠定基础。“目前有大量的研究和资金投入到晚期神经退行性疾病的研究，但我们实际上对个体正常健康寿命期间大脑的变化知之甚少，”克罗瑙尔说。“在蚁群中，这些动态变化是社会组织的核心。我们的发现有力地证明了神经调节剂可以引起蚂蚁行为倾向的年龄依赖性变化，我怀疑这种情况也适用于其他动物，包括人类。”