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《自然》子刊封面文章刊登华大最新研究成果 解密蚂蚁帝国

作者:网友投稿 发布时间:2022-08-06 00:55 浏览:

2022年8月3日,权威学术期刊《自然·生态与演化》以封面文章形式发表了题为:A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism 的研究论文,引发广泛关注。该论文由深圳华大生命科学研究院联合中国科学院昆明动物研究所、丹麦哥本哈根大学等多个单位共同参与完成。

《自然》子刊封面文章刊登华大最新研究成果 解密蚂蚁帝国

据了解,该研究首次用单细胞测序技术,构建了蚂蚁四种不同品级的大脑细胞图谱,揭示了蚂蚁伴随着社会分工而出现的脑部特异化现象和不同社会品级行为模式差异的神经基础,展现了蚁后成熟过程中大脑的可塑性变化,找到调节其生殖力和寿命的关键细胞类群。

一般而言,蚂蚁在演化上的成功与其高度社会化紧密相关。一个成熟的蚂蚁帝国中,至少存在4种不同形态的分工类型,分别为:工蚁、雄蚁、处女繁殖蚁和蚁后。在这项研究中,研究团队选用了社会性昆虫研究的模式物种——法老蚁作为研究对象。法老蚁是一种橙黄色小型蚂蚁,在世界上广泛分布,也是一种公认的室内害虫。

基于华大DNBelab C4单细胞建库测序平台,研究团队分析了900多个来自4种不同品级的法老蚁的大脑,构建了覆盖法老蚁社会中全部成体形态的大脑细胞图谱,并将其划分出43种不同的细胞类群。

研究团队发现,工蚁与雄蚁的大脑是极度特异化的。其中负责学习记忆的高级大脑中枢蘑菇体细胞和负责处理气味信息的细胞在工蚁大脑里含量极高,而负责处理视觉信息的视叶细胞在工蚁大脑里的含量则很低。雄蚁大脑的细胞组成趋势则相反,视叶细胞含量很高,而蘑菇体细胞和处理嗅觉信息的细胞含量则非常低。处女繁殖蚁和蚁后的大脑细胞组成则相对“正常”。

“这意味着工蚁是更倾向于嗅觉感知的动物,而雄蚁则更依赖视觉,这可能与其要依靠视力来寻找合适的交配对象有关。” 论文的第一作者、深圳华大生命科学研究院李启业研究员介绍说,“蚁群内部伴随着不同的社会分工出现了不同结构和细胞组成的大脑,这些就像是为了完成特定的工作,而专门设计的一个个大脑。”

“而在整体层面,不同品级的蚂蚁大脑有不同方向和程度的特异化,彼此之间又功能互补,这使得蚁群成为一个真正意义上的‘ 超个体’,能够同时行使生殖、育幼、觅食、防御等全面的功能。” 论文的共同通讯作者、中国科学院昆明动物研究所刘薇薇副研究员补充道。

此外研究团队发现,处女繁殖蚁与成熟的蚁后相比,大脑细胞组成发生了明显的变化。其中视叶细胞的含量在蚁后大脑中明显降低,这与蚁后长期适应黑暗的巢内环境相关。而多巴胺细胞以及一类具有神经保护功能的胶质细胞的含量则在蚁后大脑中显著增加。这些大脑细胞类群的变化以及神经环路的重塑,或许决定了蚁后生殖功能的极度提升以及寿命的显著延长。这也为其他动物长寿的研究提供了可能的方向。

本项研究成果基于华大DNBelab C4单细胞建库测序平台进行,论文的共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院刘传宇研究员表示:“本研究让我们更好地理解蚂蚁脑部特征与其社会性的关系。随着单细胞测序技术的进步,未来,单细胞技术将会被应用到更多的生物学研究中,助力人类对生命的解析。”

2022年8月3日,权威学术期刊《自然·生态与演化》以封面文章形式发表了题为:A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism 的研究论文,引发广泛关注。该论文由深圳华大生命科学研究院联合中国科学院昆明动物研究所、丹麦哥本哈根大学等多个单位共同参与完成。

《自然》子刊封面文章刊登华大最新研究成果 解密蚂蚁帝国

据了解,该研究首次用单细胞测序技术,构建了蚂蚁四种不同品级的大脑细胞图谱,揭示了蚂蚁伴随着社会分工而出现的脑部特异化现象和不同社会品级行为模式差异的神经基础,展现了蚁后成熟过程中大脑的可塑性变化,找到调节其生殖力和寿命的关键细胞类群。

一般而言,蚂蚁在演化上的成功与其高度社会化紧密相关。一个成熟的蚂蚁帝国中,至少存在4种不同形态的分工类型,分别为:工蚁、雄蚁、处女繁殖蚁和蚁后。在这项研究中,研究团队选用了社会性昆虫研究的模式物种——法老蚁作为研究对象。法老蚁是一种橙黄色小型蚂蚁,在世界上广泛分布,也是一种公认的室内害虫。

基于华大DNBelab C4单细胞建库测序平台,研究团队分析了900多个来自4种不同品级的法老蚁的大脑,构建了覆盖法老蚁社会中全部成体形态的大脑细胞图谱,并将其划分出43种不同的细胞类群。

研究团队发现,工蚁与雄蚁的大脑是极度特异化的。其中负责学习记忆的高级大脑中枢蘑菇体细胞和负责处理气味信息的细胞在工蚁大脑里含量极高,而负责处理视觉信息的视叶细胞在工蚁大脑里的含量则很低。雄蚁大脑的细胞组成趋势则相反,视叶细胞含量很高,而蘑菇体细胞和处理嗅觉信息的细胞含量则非常低。处女繁殖蚁和蚁后的大脑细胞组成则相对“正常”。

“这意味着工蚁是更倾向于嗅觉感知的动物,而雄蚁则更依赖视觉,这可能与其要依靠视力来寻找合适的交配对象有关。” 论文的第一作者、深圳华大生命科学研究院李启业研究员介绍说,“蚁群内部伴随着不同的社会分工出现了不同结构和细胞组成的大脑,这些就像是为了完成特定的工作,而专门设计的一个个大脑。”

“而在整体层面,不同品级的蚂蚁大脑有不同方向和程度的特异化,彼此之间又功能互补,这使得蚁群成为一个真正意义上的‘ 超个体’,能够同时行使生殖、育幼、觅食、防御等全面的功能。” 论文的共同通讯作者、中国科学院昆明动物研究所刘薇薇副研究员补充道。

此外研究团队发现,处女繁殖蚁与成熟的蚁后相比,大脑细胞组成发生了明显的变化。其中视叶细胞的含量在蚁后大脑中明显降低,这与蚁后长期适应黑暗的巢内环境相关。而多巴胺细胞以及一类具有神经保护功能的胶质细胞的含量则在蚁后大脑中显著增加。这些大脑细胞类群的变化以及神经环路的重塑,或许决定了蚁后生殖功能的极度提升以及寿命的显著延长。这也为其他动物长寿的研究提供了可能的方向。

关键词: 自然 封面 蚂蚁

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