录制逐步进化创新：强大，致命，超快咬伤陷阱蚂蚁

一项新的研究表明，形式的小变化可能导致功能创新突破。

强大而致命的，陷阱爪蚂蚁的叮咬在整个动物王国中着名。与正常的夹持钳口不同，依靠肌肉打开和关闭，陷阱钳口闩锁本身打开，像拉伸弹簧一样储存能量。释放时，蚂蚁的钳口在一个超快罢工中扣上他们的猎物。

陷阱下巴是一项令人兴奋的进化创新，但科学家们仍然不明白这种复杂机制如何从更简单的祖先演变。现在，今天（3月2日，2021年3月2日）在PLOS Biology中，由Evan Mexecoo教授从冲绳科技研究生大学（OIST）以及来自Yale University的Douglas Booher博士领导的研究团队，来自耶鲁大学，新避难所CT，与国际合作者团队一起表明了陷阱 - 下巴如何起源，然后在世界各地多次突出。

动画显示表单的变化，因为陷阱 - 钳口机制从祖先形式变得更加佩特。钳口（黄色）开发出可以锁定在Lamrum（紫色）上的小投影。Labrum从功能变化为祖先夹持下钳口中的传感器，以用作陷阱钳口中的闩锁。控制钳口和盂唇部的头部的肌肉在结构上进行了大的变化。

“生物学中的一个中央问题是：复杂的东西是如何从简单的东西出现的？” Secono教授说，在OIST领导了生物分布和生物倒源单位。“像陷阱钳一样的结构取决于多个交互部件正常运行。起初很难看出，通过逐渐逐步的进化变化可能会出现这种复杂性。尽管如此，当我们看起来紧密的生物学家可以揭示进化的途径到复杂性。“

具有陷阱钳口的许多蚂蚁物种是STRUMIGENYS属的一部分 - 一种疯狂的群体，在全球热带和亚热带地区发现超过900种。

“该属持有许多与陷阱下颌存在的密切相关的物种，这为我们提供了一个真正独特的机会，了解它是如何出现的，”译员教授说。

高速摄像机以每秒480,000帧（FPS）的速率捕获运动，并以30FPS（16,000倍慢动作）播放。陷阱钳口加速得更快，比更简单的抓握机制更高的速度。

在OIST，与Alexander Mikheyev教授的生态和演化单位合作，研究团队从全球470个STRUMIGENYS ANT物种中提取和测序DNA，包括祖先夹持钳口和改进陷阱钳口的人。

研究人员重建了一棵树，显示了物种之间的进化关系。然后，它们通过使用Micro-CT扫描仪来分析钳口机制，以创建蚂蚁的3D图像和模型。

研究人员发现，陷阱下颚机制在世界各地独立地发展了7-10次。

重要的是，只需要形式的非常小的变化来大幅改变钳口从夹持机构到捕集机构的夹持功能。在发生功能的变化之后，然后陷阱爪蚂蚁的头部开始经历肌肉的大量重组，并在下巴的长度中突出，钳口打开的宽度。

陷阱下颌蚂蚁在下颚的长度上显示出显着的普遍性以及它打开的宽度。

“以前，我们认为所有陷阱钳口都有截然形式和佩烈函数，因此对于在开始时可能发生功能的变化是不那么明显的，首先是对表单的大量变化是如此一个先决条件，“教授译员说。“但事实证明，那里有许多中间形式的陷阱滑轮机制，人们刚刚没有发现的人，其中一些只有祖先形式略微不同。”

研究人员与伊利诺伊大学的Andrew Suarez实验室合作，使用高速摄像摄像摄像，以捕捉斯特鲁尼斯蚂蚁钳口。他们发现陷阱钳口具有最快的任何动物身体部位的加速，可以返回其原始位置。

“陷阱下颌加速度比标准颌骨大十万倍，”译员教授说。“他们比眨眼之间的速度缩短了数千次。”

Strumigenys蚂蚁需要速度，使用它们的超快钳口挫败弹簧扣环的弹簧擒纵机构，他们最丰富的猎物。

目前尚不清楚所有这些不同的蚂蚁物种狩猎，但陷阱下颚的蚂蚁通常是被动的猎人，隐藏在叶子垃圾中，他们的下巴等待在任何毫无疑问的猎物那里抓住那些冒险的猎物。与此同时，陷阱下颚更长的蚂蚁是活跃的猎人，寻找猎物击倒。

研究人员认为，蚂蚁如何使用他们的下巴捕获猎物，可能有助于解释陷阱下巴的形状的令人惊讶的普遍性。在世界的每个地区，都在大陆层面和当地社区一级，都发现了长期和短暂的陷阱。

“这真的很引人注目，我们如何在不同的大陆中再次看到相同的变化。它说明了如何为生命的挑战找到类似的解决方案，“译员教授说。

更清楚的是构建陷阱下颌所需的潜在遗传变化是否相同，或者蚂蚁是否以不同的方式实现了这些类似的结果。

为此，研究团队现在计划在世界各地序列代表斯特拉姆尼斯物种的基因组。“我们希望弥合我们在遗传和分子水平上看到的变化之间的差距，以及我们在形态学层面所看到的。那是下一个大项目。“

参考：“功能创新促进了蚂蚁中超速陷阱机制的演变的形式”由道格拉斯B. Booher，Joshua C. Gibson，Cong Liu，John T. Longino，Brian L.Fisher，米兰Janda，Nitish Narula， Evropi Toulkeridou，Anslexander S. Mikheyev，Andrew V. Suarez和Evan P. Memongo，2021年3月2日，Plos Biology.doi：
10.1371 / journal.pbio.3001031

资金：冲绳科技学院研究生大学，日本促进科学促进，国家科学基金会，Uiuc的拉丁美洲和加勒比学习中心的修补基础