和人類一樣，打工人螞蟻屬于社會性動物。細胞個體渺小但數量眾多的從變螞蟻集合成群體，征服了地球的身女角角落落。

螞蟻們在群體中分工明確，王竟各司其職。簡單有些屬于“職蟲”，打工人負責外出覓食、細胞對抗入侵者；有的從變被稱為“女王”，主要任務是身女在家生產后代；這些不同的身份被稱為不同的社會等級（caste）。

螞蟻的王竟等級往往在其幼蟲發育階段就定了下來。不過，簡單跳鐮猛蟻（Harpegnathos saltator）有點特別，打工人它們在成年階段仍有可能轉變自己的細胞等級。當蟻群中的從變女王死去或被人為移除，職蟲們會進行激烈的決斗，最終的獲勝者轉變社會角色，不再干職蟲的活兒，而是展現出繁殖能力和對其他職蟲的指揮，與此同時還伴隨著壽命長達5倍的延長。

▲一只跳鐮猛蟻張開顎展示自己的兇悍（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Karl Glastad /Berger Lab，CC BY-SA）

盡管行為的轉變是巨大的，但調控這種復雜轉變的開關卻出人意料的簡單——僅僅只需一種蛋白在大腦中“打開”和“關閉”不同的基因。近日，賓夕法尼亞大學的科學家在頂尖學術期刊《細胞》上報告了他們的發現。

在轉變身份的螞蟻體內，有兩種激素的濃度發生了很大變化，即保幼激素（簡稱JH）和蛻皮激素（簡稱E），這些激素的變化對于螞蟻生殖能力有直接的影響。

有意思的是，科學家們發現，這些激素也讓螞蟻的神經細胞發生了變化。他們開發了一種新的實驗方法，分離出螞蟻的神經細胞，放在培養皿中培養，探索這些神經元在不同的激素環境下表達的基因有什么差異。

▲體外培養螞蟻的神經元（圖片來源：參考資料[1]）

實驗結果表明，處于不同的等級時，螞蟻神經元中有2000多個基因的激活模式不一樣，這些基因的功能涵蓋了發育、代謝和神經元功能等。然而令人意外的是，這些差異并非由兩套系統分別指揮，而是可以歸結到同一個名為Kr-h1的轉錄因子。具體來說，Kr-h1起到了轉錄抑制劑的作用，在不同的激素水平下，它結合在DNA的不同位置，關閉不同基因。

▲研究示意圖：一個開關，讓螞蟻的大腦從一種基因表達模式轉變為另一種模式，社會等級及其相應行為也發生轉筆（圖片來源：參考資料[1]）

這個發現也讓我們對大腦的可塑性可以有更深的認識：在螞蟻身上，基因組中包含了多種行為模式，而對一個分子進行調控，就可能對螞蟻的行為產生重大影響；在比螞蟻更復雜的大腦中，很有可能也有類似的蛋白質，具有這樣四兩撥千斤的作用。

注：原文有刪減

參考資料：

[1] Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormones. Cell Doi: 10.1016/j.cell.2021.10.006

[2] Single molecule controls unusual ants’ switch from worker to queen-like status. Retrieved Nov. 5, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/933141