Nature | 从摄食到育幼：古老摄食神经肽调控蚂蚁育幼与年龄分工|动物|工蚁|幼虫|神经肽|蚂蚁

撰文| 阿童木

温馨提示：文末附编辑部短评。

社会性昆虫的一个重要特征，是群体内不同个体并不承担完全相同的任务。以蚂蚁、蜜蜂和胡蜂为代表的社会性昆虫中，年轻工蚁通常留在巢内照护幼虫，随着年龄增长，工蚁逐渐转向巢外觅食、防御或探索（详见BioArt报道：）。这种年龄相关劳动分工使群体能够在繁殖、育幼和资源获取之间形成稳定配合，也是社会性行为演化研究中的经典问题。

然而，这种行为转换背后的神经和分子机制仍不完全清楚。育幼行为看似是社会性昆虫中特化出来的复杂行为，但从演化角度看，新行为往往并不是凭空产生，而是通过改造已有的神经调控模块实现。一个受到关注的观点是，许多调控社会行为的神经调质，原本参与摄食、营养感知、生长和繁殖等基本生理过程（详见BioArt报道：）。这些过程本身就与个体状态密切相关，因此也容易在演化过程中被整合进新的社会行为调控网络。

近日，HHMI研究员、洛克菲勒大学 Daniel J. C. Kronauer 教授实验室等在 Nature 杂志在线发表了题为 Ancient feeding-related neuropeptides regulate alloparenting in ants 的研究文章。该研究以克隆突袭蚁（ O . biroi ）为模型，发现两个古老摄食相关神经肽NPF和AstA相反调控育幼行为：NPF促进幼虫照护，AstA抑制该行为。二者水平随年龄和营养状态改变，提示摄食调控机制被演化用于社会性育幼和劳动分工。

克隆突袭蚁具有遗传背景高度一致、行为分工清晰等特点，适合研究社会行为和年龄相关神经可塑性。作者首先确认，12日龄年轻工蚁与幼虫接触时间约为4月龄老工蚁的两倍，而老工蚁更倾向于觅食。随后，作者建立“一只蚂蚁—一只幼虫”的高通量行为体系，记录单只工蚁对四龄幼虫的反应。结果显示，该体系能够重现群体中的年龄差异：年轻工蚁更长时间照护幼虫，而当幼虫被食物替代时，这种年龄差异消失，说明实验捕捉的是幼虫特异性行为。进一步分析发现，工蚁对幼虫的反应可分为两个阶段：早期P1阶段主要表现为持续接触幼虫，随后P2阶段中工蚁开始短暂离开并在通道内活动。年轻工蚁在P1阶段停留更久。该反应依赖幼虫表面的己烷可溶性化学线索，提示蚂蚁育幼行为并非由简单的物体接触触发，而需要识别幼虫相关化学信号。

神经肽是动物神经系统中重要的调节分子，常常参与摄食、代谢、发育、繁殖和社会行为调控。作者通过神经肽筛选发现24种候选神经肽可能调节育幼行为，经二次筛选和剂量-反应分析最终确认两个有效分子：NPF和AstA。NPF和AstA都是演化上较为保守的神经肽。 NPF 与脊椎动物神经肽Y同源，AstA受体则与脊椎动物galanin受体同源，且 NPF/NPY和AstA/galanin相关系统都与摄食和营养状态密切相关。

行为学实验发现， NPF和AstA对育幼行为具有相反作用。 NPF处理可增加工蚁与幼虫接触的时间，使其行为更接近年轻“看护者”状态；AstA则降低工蚁对幼虫的亲和性，使其更接近年老“觅食者”状态。为了检验这种关系是否与自然年龄变化相关，作者进一步检测了年轻和年老工蚁脑内NPF和AstA的RNA及蛋白水平。结果显示，NPF表达较为局限，主要分布于前脑、触角叶和食道下区的少数细胞；AstA RNA则约在500个脑细胞中表达，AstA肽信号广泛分布于前脑、触角叶、食道下区和咽侧体等区域。二者的肽信号在背外侧前脑和触角叶存在空间重叠。定量分析显示，随着年龄增长，NPF肽水平在前背侧前脑和触角叶下降，而AstA肽水平在前脑和触角叶上升。这些变化与药理学实验结果一致： NPF促进幼虫照护相关接触，AstA则降低这种接触倾向，使行为状态更接近年老工蚁。由此， NPF与AstA丰度的动态变化可能通过调节相关神经回路，参与年龄依赖性的劳动分工。

作者随后通过功能操作进一步证明了改变脑内NPF和AstA平衡足以影响工蚁育幼行为。向年轻工蚁头部注射NPF肽，可以增强其在P1阶段与幼虫接触的比例，而抑制NPF表达可减少幼虫接触。AstA的效果则相反：注射AstA降低幼虫接触，而敲低AstA增加接触。

由于NPF和AstA在其他动物中都与营养状态有关，作者进一步探讨了营养状态与育幼行为的关系。实验发现饥饿工蚁与幼虫相处时间显著长于饱食工蚁，这与NPF和AstA水平的变化相关：饥饿状态下NPF在前背侧前脑和触角叶升高，饱腹状态下AstA在前脑和触角叶升高，这些变化模式与独居动物中的规律一致。值得注意的是，饥饿增加的是幼虫接触而非觅食行为，这一点不同于许多昆虫中低营养状态促进觅食的常见模式，作者认为这可能与该物种特殊的周期性生活史有关。综合来看，年龄和营养状态都能调控大脑在"NPF高-AstA低"和"NPF低-AstA高"两种神经调质状态之间的切换。

总体而言，这项研究提出了一个清晰模型：年轻或饥饿状态下，工蚁脑内偏向NPF高、AstA低的状态，育幼行为增强；年老或饱食状态下，脑内偏向NPF低、AstA高的状态，育幼行为减弱并更接近觅食者状态。由此，古老的摄食相关神经肽系统被整合进蚂蚁社会生活，成为连接营养状态、年龄变化和劳动分工的重要分子桥梁。

编辑部短评：

这项研究的吸引人之处，在于它没有把蚂蚁育幼行为视为一种完全“新生”的社会性模块，而是将其放回摄食、营养状态、发育和繁殖这一更古老的神经内分泌网络中理解。NPF和AstA原本是调控摄食的进化上相当保守的神经肽，却在克隆突袭蚁中呈现出促进或抑制幼虫照护的相反作用，这为“ 古老分子模块被演化借用以产生新社会行为 ”提供了一个清晰案例。这项研究最重要的价值不是找到两个调控育幼的神经肽，而是提醒我们：社会行为的演化既受到古老分子网络的限制，也依赖物种特异的生态情境对这些网络进行重新解释。真正的问题不是“哪些分子被借用”，而是“它们在何种生活史条件下被改写成新的行为逻辑”。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10747-6

制版人：十一

学术合作组织

（*排名不分先后）