當科學家在從紐約州長島採集的野生蟻群中發現八隻頭部異常巨大的兵蟻時，他們就知道自己發現了一些有趣的東西。
這項關於這些加大版兵蟻的發現，兵蟻的工作是保衛巢穴，促使研究人員在實驗室中藉助一種激素製造出他們自己的超級士兵螞蟻，並透過這樣做，為螞蟻以及可能其他社會性昆蟲如何在蟻群中承擔具有特定職責的特定形態提供瞭解釋。
事實證明，這些異常的兵蟻是祖先狀態的遺留，這種狀態在其物種內不再出現，除非，顯然，是偶然發生的。這種現象偶爾也會在其他地方出現，例如鯨魚長出其祖先失去的肢體，長有牙齒的雞或長有尾巴的人類。[10 個退化肢體和器官]
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“長期以來，人們都知道會發生這類偏差，它們被視為進化領域的巴納姆和貝利馬戲團，”該研究的資深研究員、麥吉爾大學進化發育生物學加拿大研究主席埃哈德·阿布海夫說。“我們首次展示的是，這種祖先潛力一直存在，當受到環境刺激時，它真的可以釋放這種潛力，從而推動進化。”
認識一下超級士兵
據阿布海夫說，在紐約採集到的物種Pheidole morrisi通常有兩種型別的工蟻：小型工蟻，負責覓食、護理、餵養卵和幼蟲以及照顧蟻后；以及兵蟻，負責保衛巢穴，並使用它們的大顎來咬碎小型工蟻收穫的種子。
這個物種沒有超級士兵，但頭部巨大的生物類似於在美國西南部和墨西哥北部發現的八種螞蟻中出現的超級士兵螞蟻。所有九個物種都屬於Pheidole屬，該屬包含約 1,100 個物種。
因此，這些不合時宜的超級士兵可以揭示其他八個物種中超級士兵的起源，這似乎是合理的。
製造超級士兵
為了找出答案，研究人員在阿布海夫實驗室的博士生拉金德蘭·拉賈庫馬爾的帶領下，觀察了通常產生超級士兵的八個物種中的兩個物種的超級士兵幼蟲的發育過程。（研究人員想研究他們採集到的P. morrisi的行為，但它們在實驗室中被其他螞蟻殺死了。）
螞蟻的等級或在蟻群中的角色是由環境開關決定的，或者說是在幼蟲發育過程中對某些環境線索敏感的時期。蟻群中的成年螞蟻可以透過例如將某些稱為資訊素的激素應用於幼蟲來操縱這些開關。
在發育的第一個時期，這個開關決定了卵子將變成蟻后還是工蟻，然後第二個開關決定了幼蟲將變成兵蟻還是小型工蟻。
在第二個開關之前，他們將一種類似於保幼激素的化學物質應用於三種不產生超級士兵的物種的幼蟲。保幼激素參與將營養等環境線索轉化為幼蟲的身份。透過人工施用，研究人員不僅將幼蟲推過了它們通常會變成普通兵蟻的閾值，而且還推過了第二個閾值，一個通常隱藏的閾值，從而創造出超級士兵。
但這些實驗室創造的超級士兵與天然的超級士兵並不完全匹配。作為成年個體，它們保留了少量退化的翅芽，這是正常的超級士兵在成熟時會失去的東西。
“成為超級士兵的潛力是存在的，但有點原始，”阿布海夫說。
研究人員還研究了一種參與翅膀發育控制的基因的表達，發現實驗室誘導的超級士兵和天然的超級士兵之間存在相似之處。他們還發現在兩種不同的天然超級士兵物種中發生了類似的變化，這表明兩者都依賴於相同的發育機制。
那麼，為什麼要擁有超級士兵呢？
天然存在的超級士兵似乎具有防禦功能。這些物種與軍蟻生活在同一地區，軍蟻會攻擊它們的巢穴。在突襲期間，超級士兵用它們的大頭堵住通往巢穴的隧道，以阻止攻擊者進入。
然而，其他種類的Pheidole螞蟻，那些沒有超級士兵的螞蟻，也與軍蟻生活在一起。研究人員在其中誘導超級士兵的物種之一P. hyatti，會抓住它們的幼蟲，爬上草莖，以躲避軍蟻的襲擊。
莫羅提出了超級士兵巨頭的另一個可能用途：研磨種子。她說，超級士兵可以研磨比普通士兵更大的種子。
來自家譜的謎團
這些發現可能有助於解開這種超級士兵螞蟻的起源之謎。芝加哥菲爾德博物館的進化生物學家科裡·莫羅（Corrie Moreau）過去的研究表明，超級士兵物種之一位於Pheidole家譜的底部附近，與祖先螞蟻密切相關，而其他超級士兵物種則分散在家譜中，她沒有參與這項研究。
對於這種安排有兩種可能的解釋：要麼每個物種都進化出不同的創造超級士兵的方式，要麼這種機制與大約 3500 萬至 6000 萬年前的最早共同祖先一起進化而來，莫羅說。
阿布海夫團隊的工作指向後者——超級士兵可以追溯到家譜的根源——並且它揭示了超級士兵是如何創造出來的。
莫羅說，其影響超出了螞蟻的範圍。
“問題變成了，‘所有昆蟲都使用與大頭螞蟻中發現的相似的途徑，還是這只是這個群體特有的？’”她在給《生命科學》的電子郵件中寫道。“無論如何，這表明我們應該在生命之樹中尋找進化上保守的途徑。”
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