孩子总爱一蹲老半天，乐此不疲地紧盯着地上忙忙碌碌的蚂蚁们。而大人则往往会忽略这些“不起眼”的小家伙。不过，一些科学家比小孩子的兴致更大，并且常年如一日。深圳华大基因研究院(BGI)的张国捷博士便是如此。
自2009年起，他开始了蚂蚁基因组的测序工作。而蚂蚁基因组是华大基因研究院与合作者启动的“千种动植物基因组计划”一期项目之一（还要对百余种动植物做基因组测序分析），其中过半已完成或接近尾声。除蚂蚁基因组以外，大熊猫和黄瓜基因组等研究成果均陆续发表在《自然》及其系列国际权威学术杂志上。而种种新的发现，为科研人员研究蚂蚁中存在诸多有趣的生物学现象提供了充足的数据基础。今年9月份，身为深圳华大基因研究院科学系副主管、比较基因组学与演化生物学中心主管的张博士又与丹麦哥本哈根大学（Kbenhavns Universitet）同行一起，继续蚂蚁的研究。
此前，由中国与丹麦科研人员共同完成的“切叶蚁”（the leaf-cutting ant Acromyrmex echinatior）的基因组测序与分析成果，已于今年6月30日在国际知名学术杂志《基因组研究》（Genome Research)上在线发布。“此项成果为社会行为学等的研究奠定了重要的遗传学基础。”张博士说。
在科学家眼里，蚂蚁是拥有自然界最精细社会的生物之一，它们形成了一个蚁后、工蚁、兵蚁以及雄蚁等“各司其职”的社会分工体系。而造成这些差异的遗传基础，长久以来一直是人们关注的话题。
中丹国际研究小组通过对切叶蚁的基因组测序，发现切叶蚁的生殖方式与别的蚂蚁有很大的不同，如蚁后在一生中会与多只雄蚁交配，而其它蚂蚁的蚁后一生当中只与一只雄蚁交配一次，并且在交配完成之后，精子会在蚁后的储精囊中存活数十年。在研究者看来，切叶蚁基因组中的一个基因家族的扩张很可能与切叶蚁的这种交配方式有关。
神经肽（neuropeptide，泛指存在于神经组织并参与神经系统功能作用的内源性活性物质，是一类特殊的信息物质）在很多生物学过程中起着重要的作用。中国与丹麦的研究人员在比较切叶蚁和其它已知序列蚂蚁的编码神经肽的基因时发现了一个特别令人惊讶的结果。他们本以为在栖息地、食性和行为等方面都有很大差别的蚂蚁，其各自编码神经肽的基因也应会有很大不同，但结果却正好相反。丹麦的研究人员桑恩·尼咖德（Sanne Nygaard）博士说，“我们发现在所有参与比较的蚂蚁基因组中都存在着相同的神经肽基因，这表明这些基因是非常保守的。”研究人员认为，所有蚂蚁的神经内分泌系统可能都含有一个非常类似的构造，并推测其可能在所有蚂蚁的祖先时就已进化形成。
“目前，我们只是对切叶蚁Acromyrmex echinatior的这种特殊行为方式进行了初步研究。”另一位哥本哈根的研究者扎克巴斯·布斯码（Jacobus Boomsma）博士补充道：“在未来的几年里我们还将会对这些特定的基因在不同情况下的表达模式等内容进行更加深入的研究。”
发现衰老基因
在一个有组织的蚂蚁社会中，蚁后往往拥有更长的寿命，比雄蚁可长达500倍。由此，深圳华大基因研究院还与美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）、纽约大学（New York University,，NYU)医学院以及宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）医学院共同合作研究弓背蚁（Camponotus floridanus）与印度跳蚁（Harpegnathos saltator）基因组，利用新一代测序技术，完成了其基因组图谱，通过比较这两者的基因组以及不同社会分型、发育阶段的基因表达情况，以理解遗传学如何影响人类衰老以及行为表现的。其结果，中外科学家发现了与衰老过程、神经功能以及化学通讯相关的基因，张国捷博士表示，“这正好为我们提供了一种研究行为与寿命调控的模型。”
尽管同为蚂蚁，但在数万种“同类”中，弓背蚁与印度跳蚁在社会组织方式、分工类型的形态和行为以及捕食方式上均存在着很大差别。例如，弓背蚁具有较完整的分工，有工蚁和兵蚁之分，但印度跳蚁却不存在兵蚁；而蚁后一般比工蚁的后代寿命长10倍。据张博士介绍，大部分蚂蚁（如弓背蚁）的工蚁不能与雄蚁进行交配产下后代，而少数蚂蚁（如印度跳蚁）中的一些工蚁却可以做到，并且在蚁后死亡后替代蚁后进行繁殖，寿命也会变长，可塑性极强。
科学家们针对蚂蚁群体中寿命长短不一的现象，来分析遗传学从中起到的作用和影响。在弓背蚁与印度跳蚁中均检测到microRNA和SMYD组蛋白甲基化酶在不同等级中的特定表达，提示了它们在等级分工中的作用。通过表达比较，科研人员还发现，很多在两种蚂蚁的不同等级中差异表达的基因主要参与了神经功能及化学通讯功能，如“味觉受体”、“嗅觉受体”以及与烃类代谢有关的基因等，提示这类基因在蚂蚁社会分工及信息交流中具有一定作用。
“在染色体复制过程中，染色体的末端（端粒，telomere，线状染色体末端的DNA重复序列）会缩短，但有一种酶叫‘端粒酶’（telomerase），可以维持端粒的长度，延缓衰老。”张博士表示，端粒变短，细胞就老化；相反，如果端粒酶活性很高，端粒的长度就能得到保持，细胞的老化就被延缓。
作为线状染色体末端的一种特殊结构，端粒在正常人体细胞中，可随着细胞分裂而逐渐缩短。把端粒当作一件绒线衫袖口脱落的线段，绒线衫像是结构严密的DNA，排在线上的DNA决定人体性状。它们决定人头发的直与曲，眼睛的蓝与黑，人的高与矮等等，乃至性格的暴躁和温和。张博士说，在研究过程中他们发现，一般工蚁中，端粒酶的活性很低，结果它们的寿命也往往很短；可印度跳蚁中的可交配工蚁中端粒酶却非常高，它们的寿命也相对较长，“这说明，端粒酶会对不同工种蚂蚁的寿命长短起到关键的作用。”
“希望通过蚂蚁这种生物及其社会行为模式，能够进一步挖掘出影响生物寿命和行为的关键基因，而这些结果将为理解人类的寿命和行为提供一些重要的线索与证据。”张国捷博士说。
蚂蚁们比掌握青霉素的人类更早使用抗生素，这也曾让见多识广的科学家惊讶不已——它们将抗生素作为一种耕种手段，已有5000万年的历史，这也就提出了一个问题：抗生素在蚂蚁体内并没有经过明显的抗性进化，却为何依然能够继续发挥作用？可人类使用的抗生素自50多年前被发明以来，由于长期遭滥用，其效果不时受到抗药性的限制，目前在对抗疾病方面已变得不如当年那样有效。科研人员目前正在研究新的抗生素，或设法更有效地使用老的抗生素。一些科学家寄希望于“其貌不扬”的蚂蚁，如果它们真地已经进化出了解决“抗生素问题”的办法的话。
