红火蚁超级基因解谜 中研院展开单多蚁后诱杀行动

▲「入侵火蚁」成熟蚁丘。(图/台北市政府提供)

中心/台北报导

红火蚁有「单蚁后」及「多蚁后」两种社会型态,此两种社会族群型态中的个体特征、行为与互动关系有很大的差异科学界一直好奇区分机制,中央研究院生物多样性中心助研究员忠信国外学者共同发表的研究成果显示,发现特定「社群染色体」扮演关键角色,有助于消灭红火蚁。

2003年,台湾第一次有红火蚁(Solenopsis invicta)入侵的纪录,目前在大台北地区桃园嘉义苗栗新竹县市,均发现大量红火蚁聚落,台湾其他地区也偶见踪迹。红火蚁侵略性极高,其毒液会让被叮咬的患者火烧灼热之疼痛感故名红火蚁。红火蚁对台湾的居民及生态造成极大的威胁,除了灼痒之生理反应之外,若患者本身有过敏性体质,严重时可致命。(右上图/取自《南海网》)

红火蚁数量大、繁殖力惊人难扑杀

目前在台湾与世界各地,抑制与消灭红火蚁的效果普遍不彰,主要因为红火蚁的聚落数量庞大,不可能一一施药扑灭;同时红火蚁繁殖力惊人,单一聚落中之雄蚁与蚁后数量有时可达数千只以上,也使得扑灭红火蚁的工作格外的困难。各国相关单位一直在极力找寻控制红火蚁的有效方法,但过去所提出的方案,大多都没有明显的功效全世界一年花费在控制红火蚁的经费,超过50亿美元。

中研院指出,自从红火蚁的基因体在2011年被完整的解码定序之后,科学家便持续深入研究其基因的种类与功用,希望能从中找到调控红火蚁不同社会型态间行为差异的机制,找出对抗红火蚁的良方

王忠信和美国、英国、瑞士学者合作,借由红火蚁基因体的研究,发现了「社群染色体」的存在,而此「社群染色体」即为决定红火蚁族群为「单蚁后」或「多蚁后」社会型态的关键。这项发现,未来可应用于开发控制红火蚁之基因工程方法。(右上图/海南红火蚁入侵,取自南海网)

红火蚁600个基因无法重组,成为诱杀关键

一般而言,染色体上的基因可与其同源染色体上的基因进行重组。然而,在红火蚁的基因体中,有一段含有600个以上基因的区域,并无法进行基因重组,此区域被称为「超级基因」,而此「超级基因」所在之染色体即为「社群染色体」。

中研院表示,这样的社群染色体有两种,其特性与人类的两种性染色体X与Y十分相近;也就是说,个体的表征与行为,会由其染色体的组合 (XX或XY)来决定。王忠信博士与其合作学者的研究发现,单蚁后族群的个体,仅带有一种社群染色体(如雌性的XX染色体);而多蚁后族群中的个体则带有两种社群染色体(如雄性的XY染色体)。

这些不同社群染色体的组合,造成了单蚁后或多蚁后族群中的蚁后与工蚁之行为与特征的差异。举例来说:单蚁后族群的处女蚁后在交配前会囤积大量脂肪,当其另立门户形成新聚落时,大量的脂肪会转换成食物以喂养首批工蚁;相反地,多蚁后族群的蚁后只囤积少量脂肪,且不自立门户,而是选择加入既有之多蚁后族群。同时,单蚁后与多蚁后族群之蚁后有不同的气味。多蚁后族群的工蚁即靠着辨别气味,选择性地接受来自多蚁后族群的新蚁后。

单蚁后、 多蚁后族群,靠杀死对方存活

也就是说,这600个超级基因决定红火蚁是「单蚁后」及「多蚁后」族群。王忠信说,单蚁后族群的工蚁,会杀死其他族群的蚁后;多蚁后族群则会接纳拥有多蚁后基因的蚁后,而杀死单蚁后基因的蚁后。(右图/入侵红火蚁 (RIFA) 与热带火蚁 (TFA) 的工蚁 (W) 与兵蚁 (S)(国家红火蚁防治中心)

王忠信表示,目前还是在基础研究阶段,但如果能在600多个超级基因中,找出2、3个基因设计成饵剂,让蚁后吃下去后行为改变,例如发出不同的气味,让单蚁后族群的蚁后闻起来像多蚁后,造成工蚁困惑,杀死自己的蚁后,就能瓦解整个族群。

王忠信表示,台湾从民国92年开始有红火蚁入侵的纪录,目前包括大台北地区、桃园、新竹、苗栗及嘉义,都发现大量红火蚁聚落。红火蚁的繁殖力惊人、聚落数量庞大,难一一施药扑灭,因此从基因着手,可能效果较好。这项研究成果于今年1月17日发表于国际权威期刊《自然》(Nature)。