爲什麼蟻后在不喫不喝的情況下也能哺育幼蟲呢？日本玉川大學研究生院農學研究科的宮崎智史副教授等人組成的研究團隊發現，當黑毛蟻的蟻后獨自建立一個新的蟻羣時，即使在沒有食物的條件下也能哺育後代，在哺育期間蟻后會擴大自己的部分胸腔食管，形成一個爲幼蟲儲存液體食物的胸囊。研究團隊還明確了胸囊的詳細形成程序。黑毛蟻蟻后建立蟻羣是螞蟻的一種典型擴張模式，因此，本次研究明確的胸囊形成程序對很多螞蟻來說可能都是共同的。相關内容已線上發佈於Arthropod Structure & Development上。
圖：黑毛蟻的蟄居型蟻羣建立以及蟻后的活體內構造（特別是食管及飛行肌）隨之發生的變化。在大約6周的蟻羣建立期間，第2～5周蟻后獨自負責哺育後代，哺育出第一批工蟻。在這一程序中，蟻后的飛行肌（藍色部分）首先分解，食管向產生的空間擴展，形成胸囊。胸囊内儲存着油狀液體（黃色），被認爲是用於餵養幼蟲的食物。（供圖：玉川大學宮崎智史副教授）
社會昆蟲螞蟻會建立由蟻后和工蟻組成的蟻羣，哺育後代和覓食等勞動由工蟻負責。然而，它們的職責只有在建立新的蟻羣時才會發生變化。在空中完成交配後，雄蟻死亡，一個新的蟻后會潛入地下等築巢、產卵，並將孵化的幼蟲撫養成工蟻。
具有原始特徵的針蟻亞科等螞蟻的蟻后會自己離開巢穴去採集食物餵養幼蟲，但作爲派生種羣的山蟻亞科和家蟻亞科的蟻后則一直留在巢穴裏，不喫不喝並將自己活體內備用的肌肉和脂肪轉化爲食物餵養幼蟲。後一種策略被稱爲蟄居型蟻羣建立，乍一看似乎很殘酷，但可以避免在巣外掠食的死亡風險，並使螞蟻能夠在各種各樣的環境中繁殖興旺。
建立蟄居型蟻羣的一些螞蟻種羣，蟻后在此程序中會將胸部的食管擴張成袋狀，形成「胸囊」，在裏面儲存液體食物。在這個程序中，蟻后的脂肪含量會減量，並分解不再需要的飛行肌，這些資料表明，胸囊中儲存的食物來自這些脂肪和飛行肌。另一方面，一些蟻種被認爲還會將腹部的「嗉囊」中儲存的甘油三酯逆向流動至胸囊。
胸囊的形成及其内容物的儲存在建立蟄居型蟻羣時發揮着重要的作用，但此前幾乎沒有實際調查這些程序的研究。
研究團隊以日本大量分佈的黑毛蟻的新蟻后爲物件，詳細觀察了建立蟄居型蟻羣時胸囊的形成程序。
觀察發現，開始建立蟄居型蟻羣的黑毛蟻蟻后會在1周内開始產卵。2周内第一批幼蟲孵化，4周内幼蟲變成蛹，第6周羽化出第一批工蟻。也就是說，蟻后在開始建立蟻羣的第2～5週會獨自撫養幼蟲。與此同時，剛開始建立蟻羣時爲細管狀的蟻后食管會從第2周開始膨脹，在第3～6周形成袋狀胸囊。另外，飛行肌的分解發生在開始建立蟻羣后的第1～3周，比胸囊的形成時間早，飛行肌分解物被作爲食物利用的可能性得到證據支援。另一方面，嗉囊在開始建立蟻羣后的四周内也未發現明顯的尺寸變化，而且還未觀察到内容物逆向流動至胸囊的現象。
研究團隊利用共聚焦顯微鏡觀察胸囊形成之前和之後的蟻后胸部發現，胸囊形成之前，食管壁整體比較厚，背側（上側）的食管壁尤其厚，並觀察到了細密的波紋狀表面結構。而開始建立蟻羣后的第3周，觀察到形成了胸囊的蟻后的食管背側大幅膨脹，佔據了飛行肌分解後產生的空隙，並且膨脹後的食管壁被拉伸變薄。
這些結果表明，胸囊的形成與蟻后獨自育兒起伏同步發生，並且與不再需要的飛行肌的分解在時間和空間上協調發生，另外食管專門演化成了適合胸囊形成的結構。表明胸囊的形成與使其成爲可能的食管結構幫助黑毛蟻蟻后完成了殘酷的獨自育兒。
結合此次的研究結果和先行研究結果來看，建立蟄居型蟻羣的蟻種、特別是山蟻亞科被認爲胸囊的形成程序與黑毛蟻相似。
另外在此次研究程序中還觀察到了蟻后哺育的幼蟲吞食相當於自己姊妹的卵和幼蟲的現象。目前尚不清楚在蟄居型蟻羣的建立程序中會發生多少這種同類相食的現象，以及這是否是建立蟄居型蟻羣的必要行為。研究團隊打算透過全面瞭解這些現象來明確蟻后獨自哺育後代的實際情況。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Arthropod Structure & Development
論文：Thoracic crop formation is spatiotemporally coordinated with flight muscle histolysis during claustral colony foundation in Lasius japonicus queens.
DOI：doi.org/10.1016/j.asd.2022.101169
