既然蜂蚁同祖,为什么蚂蚁没有像蜂类一样保留翅膀?

既然蜂蚁同祖,为什么蚂蚁没有像蜂类一样保留翅膀?

广町七深Official,膜翅正统在广腰,广腰正统看锤角

简要地说,最主要的原因是为了增强在地面和洞穴中的行动能力。

与蜜蜂和胡蜂不同,蚂蚁拥有独特的搬运重物的能力,工蚁时常可以携带数百倍于自身体重的物品。而飞虫的承重能力相对来说弱很多,每次只能运输很少的食物,比如两个花粉团或者一块从猎物身上切下的肉块。

这让它们的觅食模式和生态位产生了根本性的差异:蜂类类似空降兵,锁定一块拥有丰富资源的区域,并且依靠翅膀的便利性快速往返逐步取回;而蚂蚁则进行地毯式搜查,寻找那些分布零散的食物,类似昆虫尸体或种子。由于它们强大的搬运能力,往往仅需一只或几只工蚁就能胜任携带食物的重任。即使遇到无法搬运的大块食物,它们也能迅速留下气味路径回去摇人,让援助精准到达现场,而不像蜜蜂那样依靠无法避免误差的摇摆舞。

那么,失去翅膀是如何增强蚂蚁地面行动能力的呢?

我们知道,胸部(在蜂类中,腹部第一节与胸部融合)是昆虫的运动中心,驱动着腿和翅膀,前后连接这头部和腹部。这意味着胸部的空间时常被大量肌肉,尤其是飞行肌填充;而丢弃翅膀并改造胸部结构无疑是增强蚂蚁地面行动能力的最佳选择。

蚁属物种的蚁后与工蚁对比,可以直观地看到二者胸部的结构差异。图源网络

具体如下:

颈部肌肉的改造

新翅类飞虫的胸部本质上是一个飞行发动机,填充着强壮的肌肉,通过牵拉铰接式的胸甲带动翅膀运动。而膜翅目作为飞行能力很强的类群,飞行肌尤其发达,甚至填满了本就很小的前胸部分,这导致控制头部运动的四块肌肉不得不夹缝求生。

而对于工蚁,由于没有了飞行肌的约束,颈部肌肉大大加强,直接连接到前胸与中胸的接缝处,而蚁后只到前胸的一半。同时,工蚁具有拱形的胸部,与飞行蜂类平顶的胸部不同,这让颈部肌肉有了更大的附着表面和更好的发力方向。有了颈部肌肉的加强,工蚁便可以轻松叼起重物。

蚁后(左)与工蚁的颈部肌肉(红橙色)差异,紫色部分为飞行肌。图源网络

腿部肌肉的增强

当然,只练脖子不练腿可不行。昆虫的腿的运动由一系列从胸部侧面插入腿部基节的小肌肉群控制,作用较大的是外转节肌,它们的主体位于胸部,通过一条长长的肌腱与转节相连。它们主要的作用是致使腿部内收,抬起身体和蚂蚁所承受的任何负荷。

在蚁后中,外转节肌很短,因为它们被巨大的飞行肌挤压在胸部底部。而对于工蚁,它们的外转节肌可以直接延伸到背部,尤其是中腿和后腿的部分。这给予了工蚁强大的核心能力,让它们能够在重压下依旧健步如飞。

结节肌的增大

蚂蚁的胸部与后腹部通过结节连接,与颈部类似,有四块肌肉通过拮抗作用控制后腹部的动作。由于膜翅目昆虫的后腹部拥有注射 / 喷洒毒液、在行走时稳定身体等诸多作用,所以控制它的肌肉就显得尤为重要。

工蚁的结节肌几乎填充了整个并胸腹节,隆起的背部也增大了其容量;而蚁后的结节肌只能被挤在飞行肌和外骨骼的狭小缝隙中。有时工蚁的结节肌可以比蚁后多出百分之三十;更低的附着位置也使其更加省力。于是举腹蚁就能灵活地抬起后腹部防御,在沙地上健步如飞的箭蚁也能依靠立起的后腹部稳定身体。

蚁后(上)与工蚁的胸部部分肌肉对比,紫色为飞行肌,橙色为外转节肌,绿色为结节肌。图源网络

在为胸部其他肌肉留出空间之外,脆弱的膜质翅膀本身也很容易在洞穴和落叶层中损坏或卡住。退化翅膀可以从这个方面优化行动能力,这也是蚁后交配后就会拔掉自己翅膀的原因。

在蚂蚁之外,也有一些其他膜翅目昆虫不约而同地退化了翅膀,原因大多雷同:更好的钻洞或行走能力,以及更灵活的后腹部,用于蛰刺或产卵。不过由于不能像蚂蚁那样婚飞,因此它们大多保留了有翅的雄性用于开枝散叶,有些物种干脆缩小了雌性的体型,让雄性带着雌性飞向远方。一些行军蚁往往具有无翅的蚁后,适于长距离迁移。

一对正在交配的刺臀土蜂(Elidothynnus melleus),可以看到两性见巨大的体型差异,无翅的小型雌性便于钻入土中寻找甲虫幼虫。图源 iNaturalist
蚁蜂也有类似情况,它们的雌性会在地面搜寻其他膜翅目昆虫的巢穴,并偷偷在里面产卵。图源 iNaturalist