入侵紅火蟻的超級基因

入侵紅火蟻 (以下簡稱紅火蟻) 個性兇殘,防治困難,許多遭到入侵的國家皆很頭痛,包括台灣。中研院生物多樣性研究中心的王忠信副研究員,多年來持續研究紅火蟻,發現紅火蟻的社群行為,是由六百多個基因鎖在一起的「超級基因」所調控。近年來,他積極尋找超級基因上面、決定蟻后氣味以及工蟻辨識氣味的關鍵基因,希望能開發出更有效的防治餌藥,誘騙工蟻暗殺自己的蟻后。

入侵紅火蟻 (以下簡稱紅火蟻) 原產在溫暖、潮溼的南美,1920 年代傳入美國,擴散到全美各地,再透過進出口貨物、盆栽泥土傳播,從美國擴散到澳洲、中國、日本、韓國、臺灣等地。圖片來源│王忠信

入侵紅火蟻 (以下簡稱紅火蟻) 原產在溫暖、潮溼的南美,1920 年代傳入美國,擴散到全美各地,再透過進出口貨物、盆栽泥土傳播,從美國擴散到澳洲、中國、日本、韓國、臺灣等地。 圖片來源│王忠信

 

天生脾氣暴、不好惹!

入侵紅火蟻有多恐怖?

紅火蟻的食性雜,什麼都吃,像是死掉的動物、昆蟲,地面鳥巢中不會飛的幼鳥。連蜥蜴、烏龜等靠近巢穴,紅火蟻也會發動攻擊,把動物咬得奄奄一息。只要有紅火蟻侵入的地區,其他生物幾乎無法存活,造成生態浩劫。

紅火蟻還有毒!雖然許多螞蟻都是自備毒液的狠角色,但大多數個性溫和、攻擊性低,一旦被人踩到,立刻四處逃竄。紅火蟻侵略性非常強。誰敢侵門踏戶,立刻傾巢而出,發動恐怖攻擊。

連人類也難擋紅火蟻的恐攻!紅火蟻會吃農作物的果實、根莖,還會捕食泥土中的蚯蚓,造成嚴重的農業損失。

氣得想一腳踩死?哼哼,紅火蟻立刻順著人腿往上爬,用大顎咬住皮膚,再用腹部螫針注入毒液蛋白。人被咬到立刻有像火燒灼熱的疼痛感 (所以稱為紅火蟻),少數過敏嚴重的人會休克,甚至死亡。

 

現有餌劑效果不佳

2003 年,台灣發表境內存在入侵紅火蟻,危害範圍主要在桃園,隨著每年的婚飛、繁殖,領域漸漸往外擴展,新北市、松山機場等地也有災情。

目前台灣的防治策略是採熱點控制 (hotspot control),當有人發現巢穴並通報,負責人員會前往施打餌劑。

不過,目前餌劑只能防除 85~95% 的入侵紅火蟻的族群,主要原因可能是:餌劑是用藥和去油脂玉米顆粒、大豆油混合,一旦不新鮮了、受潮了,就會降低對螞蟻的吸引力,偏偏台灣天氣又很潮濕。另外,觸殺型藥劑可能傷害其他昆蟲,只建議小範圍使用,因此效果有限。

另外,還有灌入低溫液態氮、凍死紅火蟻,或灌入熱水、燙死牠們,但這兩種比較麻煩又有危險……

中研院王忠信副研究員提出新解方:從紅火蟻的社群行為和基因組下手!

 

單蟻后 vs 多蟻后

大部分的螞蟻巢穴中不是單蟻后 (巢中只有一隻蟻后) ,就是多蟻后 (巢中有多隻蟻后),只有 5~10% 的螞蟻同時具有單蟻后和多蟻后巢穴,紅火蟻就是其中之一。

有趣的是,當單蟻后巢的工蟻發現外來的單蟻后或多蟻后,統統格殺勿論。但多蟻后巢的工蟻似乎比較「包容」,牠們會殺死單蟻后巢的蟻后,但會接納其他多蟻后巢的蟻后。

 

資料來源│王忠信 圖說設計│黃曉君、林洵安

資料來源│王忠信 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

工蟻怎麼認出自己的「母后」?答案:氣味。

美國科學家曾做過實驗,把多蟻后巢的工蟻,分別與多蟻后的蟻后、單蟻后的蟻后摩擦,再放回工蟻原本的多蟻后巢穴。

結果發現,與多蟻后巢的蟻后摩擦的工蟻,可被同伴接受,但與單蟻后巢的蟻后摩擦的,會遭到同伴攻擊,證實蟻后氣味的轉移會引發工蟻辨識行為的混亂。

王忠信靈機一動:擒賊先擒王,想要有效防治紅火蟻,可以誘騙工蟻殺死自己的蟻后,即可輕鬆瓦解整個蟻群!方法是:找出紅火蟻身上控制氣味和嗅覺的關鍵基因,以此設計餌劑,改變蟻后的氣味或誤導工蟻的嗅覺。

但關鍵基因上哪找?這就要說到王忠信在 2013 年的重大發現:紅火蟻的超級基因 (supergene) 與社群染色體 (social chromosome)。

 

找到紅火蟻超級基因

科學家很早就知道,紅火蟻的單、多蟻后巢受到一組 B、b 基因所控制。不過,單蟻后或多蟻后巢,不光是蟻后的數量和氣味不同,還有許多特徵和行為差異。

比方說:單蟻后的處女蟻后腹部脂肪較肥厚,當其另立門戶,會用大量的脂肪餵養首批工蟻,而工蟻的侵略性也比較強;相反地,多蟻后族群的蟻后只囤積少量脂肪,而且不自立門戶,選擇加入其他多蟻后族群……科學家認為,光是一組 B、b 基因不可能控制這麼多差異。

直到 2013 年,王忠信發現,控制紅火蟻社群行為的關鍵,是一組包括六百多個基因的「超級基因」。

 

 

要看更完整的精采文章,請至研之有物官網:

http://research.sinica.edu.tw/wang-jhong-sin-fire-ant-supergene/

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