在进化长河中，从独居昆虫到高度社会化的蚂蚁，育幼行为的出现是一个关键转折。然而，这一行为转变背后的神经机制一直是个谜。近日，洛克菲勒大学的研究团队在《细胞》杂志发表论文，通过单细胞RNA测序和空间转录组学技术，首次绘制了蚂蚁大脑中与育幼行为相关的神经图谱，揭示了饥饿调控通路如何被“重新布线”以驱动亲代照顾行为。

饥饿与育幼的神经交集

研究团队以佛罗里达弓背蚁（Camponotus floridanus）为模型，比较了具有繁殖能力的蚁后和不育工蚁的大脑基因表达。他们发现，在蚁后的大脑中，与胰岛素信号和神经肽F（NPF）相关的基因在特定脑区显著上调，而这些区域在工蚁中则与觅食行为相关。进一步的实验表明，当工蚁被给予胰岛素或NPF类似物时，它们会表现出育幼行为，即使它们并未繁殖。这暗示着，育幼行为的神经基础可能起源于古老的营养感知通路。

单细胞水平的精细解析

利用单细胞RNA测序，研究人员鉴定了超过10万个细胞，覆盖了蚂蚁大脑的所有主要区域。他们发现，在称为“蘑菇体”的脑区中，有一类特定的Kenyon细胞在蚁后中表现出独特的基因表达特征，这些细胞同时表达胰岛素受体和NPF受体。通过空间转录组学，他们进一步定位了这些细胞在蘑菇体中的分布，并发现它们与调控进食行为的神经环路有突触连接。这一发现表明，进化可能通过修改已有的神经环路，将饥饿信号转化为育幼动机。

行为验证与进化意义

为了验证这些发现的功能意义，研究团队使用RNA干扰技术敲除了蚁后中的NPF受体基因，结果导致蚁后对幼虫的照顾行为显著减少，甚至出现吞食幼虫的现象。相反，在工蚁中过表达NPF则诱导了育幼行为。这些结果在两种不同属的蚂蚁中得到了重复，表明该机制在蚂蚁中具有保守性。研究人员指出，这一机制可能也存在于其他社会性昆虫，甚至哺乳动物中，因为胰岛素和NPF信号在动物界中高度保守。

“我们的发现揭示了行为进化的一种基本模式：新的行为并非从零开始，而是通过重新利用已有的神经模块来实现。”论文通讯作者、洛克菲勒大学教授丹尼尔·克罗瑙尔（Daniel Kronauer）表示，“饥饿和育幼在能量需求上有着天然的联系，进化巧妙地利用了这一点。”

该研究不仅为理解社会性昆虫的行为分化提供了神经基础，也为探索亲代行为的进化起源提供了新视角。未来，研究团队计划进一步探究这些神经环路如何响应幼虫释放的化学信号，以及它们在不同社会等级个体中的可塑性。