黏菌研究:孤獨者的存在也是為了確保群體生存

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 19 日 23:41 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


對於群居動物來說,要成為孤獨者並不容易,必須拒絕群體行動的吸引力,堅持朝自己的道路前進,但不論人類或是在自然界,獨行俠總是存在,這也讓科學家十分好奇,這些與群體不同步的個體究竟是隨機產生,還是出於某些原因而存在?

為了測試孤獨者的數量是隨機還是可預測,又是否會受到自然或文化的影響,在《PLoS Biology》論文中,普林斯頓大學團隊運用一種易於觀察測試、同時也存在獨行俠問題的群體生物來進行觀察:盤基網柄菌(Discoyostelium discoideum)。

盤基網柄菌是黏菌的一種,經常被用在科學研究,這些微小生物在感到饑餓時會一次又一次的聚集在一起,直到形成一個巨大、搖搖晃晃的塔,黏住不知不覺中經過的昆蟲,讓孢子能搭便車進入世界,但在過程中,除了塔頂的幸運兒,所有塔底和中間的個體都得面對死亡。

這種集體行為看似是生存所必須,但在長年的研究中,科學家也注意到建塔過程中總存在一些散落者:當幾乎所有個體都往中央聚集,為了群體做出必須的犧牲,一些散落者卻對號召完全沒有反應,一如以往的獨自行動,即使在非常理想的蓋塔條件下,也無法排除孤獨者的存在。

從生理上來看,團隊並未發現孤獨者存在任何缺陷,就像其他合群的同伴一樣,它們獲得食物便會進食,也可以分裂並繁殖後代,它們的後代也不全然是孤獨者,有些會響應聚集,有些不會。

透過從野外收集盤基網柄菌進行實驗並建立模型,團隊發現,孤獨者的比例並非由個體隨意決定,但也不是某種恆定比例,而取決於人口密度。在最小的族群中,所有個體都保持孤獨,直到超過一定數量後,開始出現集體行動的人,隨著族群擴大,獨來獨往者的人數最終穩定下來。

這意味著至少在盤基網柄菌的情況中,孤獨者的出現絕對不是隨機「錯誤」,而是可遺傳的特徵,由有機體與環境間的相互作用而產生;雖然方向不同,但就像蓋塔犧牲的群體一樣,這些孤獨者的存在也是確保群體生存的一種方式。

集體行動可以帶來巨大的好處,但往往同時帶有風險,無論是黏菌的犧牲式蓋塔或牛瘟傳播,都仰賴密集的集體行動,在這種情況下,不合群的孤獨者反而會成為某種「對沖策略」,確保對多數人的傷害不會抹除所有人口。

研究作者、生態和進化生物學副教授 Corina Tarnita 指出,儘管孤獨者本身並不具有社交,但後代仍具有參與社會的能力,它們的存在可能只出於一個目的:阻止了該物種的集體行動。就像脫離群體、第一隻回復冷靜的沙漠蝗蟲,與「不合群」的直覺反應相反,有時這些獨行俠反而可能成為維護社會系統的關鍵。

「我們的研究得出一個有趣的結論:至少在黏菌的情況中,不參與集體的決定事實上是集體作出的。所有細胞以化學方式互相交談,『你參加嗎?我想我要留下來』,要成為獨行俠需要溝通。」

(首圖來源:Usman Bashir / CC BY-SA