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〖20250325〗〖科普〗论文整理:行军蚁真的需要定期交配吗

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长期以来,真行军蚁(游蚁属,行军蚁属,双节行军蚁(盲蚁)属等)都被认为需要定期交配,蚁后由于产量过大,精子不够用,所以需要在每年都繁殖季吸引雄蚁过来补配。此观点如此根深蒂固,以至于发展到后来,基氏,光亮,周氏,缅甸等行军性细颚猛蚁也被说成是要定期交配,无法长期饲养,可事实果真如此吗。本贴结合相关论文,论述行军蚁不需要定期交配的证据


IP属地:广东来自Android客户端1楼2025-03-25 15:13回复
    首先说说定期交配这个观点是怎么来的,我们知道行军蚁蚁后需要吸引外巢的雄蚁进入巢穴交配,而这样的雄蚁有时在含有已经交配过的蚁后的蚁群中被发现,这表明它们的任务是与老蚁后交配(见Raignier和van Boven, 1955)。有人认为,对于非洲行军蚁蚁后来说,这可能是为了避免精子耗竭(Raignier和van Boven, 1955;Raignier等人,1974)。此外,从实验室测试中已知有两次雄蚁和老蚁后交配的观察(Schneirla, 1949;Rettenmeyer, 1963)。此外有论文称年轻蚁后的群落中工蚁的父本少于老蚁后的群落,说明蚁后比刚分群时有更多的交配(Denny等人,2004)


    IP属地:广东来自Android客户端2楼2025-03-25 15:14
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      见这两篇论文



      IP属地:广东来自Android客户端3楼2025-03-25 15:15
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        对于定期交配的问题,第一篇提出质疑的文章是克罗瑙尔于2006年发表的文章—Kronauer D.J.C., Berghoff S.M., Powell S., Denny A.J., Edwards K.J.,
        Franks N.R. and Boomsma J.J. 2006b. A reassessment of the mating
        system characteristics of the army ant Eciton burchellii. Naturwissenschaften 93: 402 – 406,其中对布氏游蚁进行了研究,现总结如下


        IP属地:广东来自Android客户端4楼2025-03-25 15:18
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          一、研究思路和样本采集
          研究人员以Denny和Kronauer等人在2004年发表的研究为蓝本,从来自巴拿马运河地区四个不同的地点采集的26个群落中总共692只工蚁进行了基因分型,所采用的微卫星位点与Denny等人在2004年研究中的研究相同,以直接和之前的研究进行对比。
          研究人员从Denny等人于2004年研究的群落(此处称为群落E,因为是供科学研究的群落采取了跟踪措施不用担心跑丢)中选取了更多的工蚁进行基因分型。其中包括161只老工蚁和72只年轻工蚁。选择这些样本是因为群落E最近经历了分群,老蚁后被其中一个蚁群保留,将保有老蚁后的群落继续称为群落E,分出来的新后群称为群落F。分群后不久,其他群落的雄蚁(大约10 - 20只)出现在有老蚁后的群落E和有新蚁后的群落F中。这些雄蚁因为失去了翅膀所以很容易被识别出来,并且它们有可能与相应的蚁后进行交配。
          采集分群前后的工蚁,包括:
          分群前:采集201只老工蚁(在分群后其中90只跟随老蚁后,111只跟随新蚁后)
          分群后:等聚集的雄蚁全都消失后,产生的92只年轻工蚁进行基因鉴定,来寻找新的父本。如果这些雄蚁中有与老蚁后交配的情况,那么在年轻工蚁中就有可能检测到新的父本。


          IP属地:广东来自Android客户端5楼2025-03-25 15:19
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            二、结果
            此处仅列出与蚁后交配问题有关的讨论。在分群前后的工蚁基因型上,文章提出如下结论:老蚁后所在的群落E中,在分群前的老工蚁共检测到17种父本,但在分群后产生的新工蚁中没有产生新父本。
            Denny等人(2004a)观察到,新受精的蚁后首批产下的后代中含有的父本数量比老蚁后的平均后代少。但这并不能说明蚁后在之后的生活中再次交配,而被认为是由于蚁后储精囊中最初的精子聚集所致,在不同父本精子呈团状分布,混合不均的情况下,不同父本对卵子受精的作用可能相差很大。随着时间的推移,储精囊中的精子团会逐渐散开,不同父本的精子会混合,导致不同父亲对后代的贡献变得更加均等。这一过程在蜜蜂中也有观察到,进一步支持了精子聚集和混合的普遍性。研究人员的解剖也验证了这一点。Whelden (1963) 对六个新交配的蚁后进行解剖,他发现精子聚集成许多离散的球。而他在解剖的大约 40 个年长的蚁后中的大多数中发现了混合均匀的精子,或者在少数情况下,许多小精子球嵌入一个均匀的团块中,这似乎证实了精子最初是成团转移的。
            文章指出,尽管在分群后有大量的雄蚁试图进入群落E,但在之后的工蚁基因分析中并没有发现新的父本。虽然刚交配后新父本精子的状态可能影响到了检测,但考虑到如下几个因素,如果老蚁后有交配过,不可能检测不到新的父本:
            1.新交配的精子并不是完全聚成团,也会散开一部分,因为新蚁后在交配后不久就可以使用精子。
            2.若按之前的观点推断,老蚁后是由于精子耗尽了才需再交配,那新产生的工蚁中新父本的占比也应该较高才对
            所以这说明,虽然有雄蚁试图或已经进入群落E中,但它们中大概率没有成功与老蚁后交配的。


            IP属地:广东来自Android客户端6楼2025-03-25 15:20
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              这篇文章引发了学者们进一步反思,于是有了次年系统性研究该问题的论文


              IP属地:广东来自Android客户端7楼2025-03-25 15:23
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                Kronauer , D J C & Boomsma , J J 2007 , ' Doarmyantqueensre-mate later in life? ' , Insectes Sociaux , vol. 54 , no. 1 , pp. 20-28 .,2007
                DOI: 10.1007/s00040-007-0904-2


                IP属地:广东来自Android客户端8楼2025-03-25 15:27
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                  这篇文章以Dorylus molestus(即Dorylus nigricans molestus,黑色行军蚁的一个亚种,)和布氏游蚁Eciton burchellii为例,专题研究了行军蚁蚁后是否会,以及是否有必要定期交配的问题


                  IP属地:广东来自Android客户端9楼2025-03-25 15:28
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                    此文章对三大问题进行讨论:1.人工条件下的交配是否会让蚁后受精。2.在繁殖季能否在同一个群落中检测到新的父本。3.行军蚁蚁后是否因为精子耗尽而需要再次交配


                    IP属地:广东来自Android客户端10楼2025-03-25 15:29
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                      一、研究方法
                      人工交配实验:
                      1.蚁后收集:
                      布氏游蚁蚁后:从行军队伍中收集的缩腹蚁后,以及从定居期的巢穴中收集的膨腹蚁后。
                      Dorylus molestus的蚁后:从定居期巢穴内,这些蚁后在交配试验时都在产卵期。
                      2.雄蚁收集与处理:
                      均采用灯诱法,布氏游蚁收集了37只,Dorylus molestus收集了9只。
                      雄蚁要么直接用于交配试验,要么与同种工蚁一起放在塑料容器中24小时,以建立它们与蚁后所属群体气味的联系。
                      3.交配试验:
                      布氏游蚁的蚁后与雄蚁在玻璃板或塑料容器中进行交配试验,共进行了51次,有几只雄蚁用于不止一次交配。
                      Dorylus molestus的蚁后与雄蚁进行了9次交配试验,每只雄蚁只用一次。
                      4.交配后处理:
                      交配后,雄蚁被解剖以评估其附睾(雄性精子储存器官)是否被清空。
                      将两个交配的布氏游蚁蚁后,并将它们放回到各自的群落中(记为A和B)。
                      5.后续跟踪与样本收集:
                      跟踪这两个群落之后的发育阶段,并采集新产的幼虫和工蚁样本。
                      三个缩腹的蚁后(其中两个是在实验性重新交配后放回群落的,但在采样幼虫后再次收集并各自额外交配了一次)在交配时被冷冻,然后在70%乙醇中保存以供后续解剖。
                      同样,两只交配中的Dorylus molestus蚁后被杀死(但未冷冻)并与相应的雄蚁一起解剖。


                      IP属地:广东来自Android客户端11楼2025-03-25 15:30
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                        在这里补充一下相关知识,静止期(statary phase)与游牧期(nomadic phase),行军蚁的群落周期。静止期内蚁后产卵幼虫结茧/化蛹,游牧期内蛹出工,幼虫发育,详情见图


                        IP属地:广东来自Android客户端12楼2025-03-25 15:31
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                          IP属地:广东来自Android客户端13楼2025-03-25 15:33
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                            工蚁父本分析:
                            1. 样本收集:
                            从四个蚁群中收集老年工蚁,这些蚁群首次被遇到时(表1)。
                            从A和B两个蚁群中收集年轻工蚁,这些工蚁是从小幼虫开始收集的,经历了两个静止期和一个游牧期(对于A蚁群),以及一个游牧期和一个静止期(对于B蚁群)。在这些情况下,蚁群的蚁后在实验室交配后被返回蚁群,并跟踪了下一个蚁群周期。
                            从C和D两个蚁群中收集年轻工蚁,这些工蚁是作为蛹从静止的宿营地收集的,收集时间与老年工蚁相同,且这些蚁群没有进一步跟踪。
                            2. 时间窗口估计:
                            - 估计蚁后可能获得新交配并产生年轻工蚁后代的时间窗口,以便收集样本。布氏游蚁的平均游牧期和静止期分别持续14.3天和20.4天,且蚁后在静止期的第七天开始产卵。
                            3.样本存储,基因提取和分析的详细过程略。
                            蚁后所存储的和雄蚁携带的的精子量分析:
                            解剖:从刚杀死的个体中解剖出精子储存器官,将这些器官在1毫升的Boar Semen Diluent中破裂,并放入1.5毫升的Protein LoBind管(Eppendorf)中。为了获得均匀的精子悬浮液,立即在加入50微升的Triton X(0.05%)后剧烈搅拌破碎。
                            精子计数准备
                            稀释:根据性别和种类,将精子悬浮液稀释至不同的程度,以获得可计数的浓度。
                            染色与计数:使用DAPI(4',6-二脒基-2-苯基吲哚)对1毫升的精子液滴进行染色,然后在荧光显微镜下以40倍放大率进行计数,使用网格和手动计数器。每个个体进行三次计数,使用中位数计数进行总体计算,以避免由于部分精子聚集而可能导致的异常值。
                            结果可靠性评估
                            精子聚集检查:在检查显微镜载玻片时,没有发现明显的精子聚集迹象,且来自单个个体的独立计数通常给出可重复的结果。
                            高浓度问题:然而,在高浓度下,一些精子会粘附到吸头内壁,因此在进一步稀释或计数之前,通过用蒸馏水冲洗吸头两次并将其冲入含有精子的烧瓶中来避免这个问题,然后再丢弃吸头。


                            IP属地:广东来自Android客户端14楼2025-03-25 15:34
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                              二、人工交配实验


                              IP属地:广东来自Android客户端15楼2025-03-25 15:35
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