当科学家在从纽约州长岛采集的野生蚁群中发现八只头部异常巨大的兵蚁时，他们就知道自己发现了一些有趣的东西。
这项关于这些加大版兵蚁的发现，兵蚁的工作是保卫巢穴，促使研究人员在实验室中借助一种激素制造出他们自己的超级士兵蚂蚁，并通过这样做，为蚂蚁以及可能其他社会性昆虫如何在蚁群中承担具有特定职责的特定形态提供了解释。
事实证明，这些异常的兵蚁是祖先状态的遗留，这种状态在其物种内不再出现，除非，显然，是偶然发生的。这种现象偶尔也会在其他地方出现，例如鲸鱼长出其祖先失去的肢体，长有牙齿的鸡或长有尾巴的人类。[10 个退化肢体和器官]
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“长期以来，人们都知道会发生这类偏差，它们被视为进化领域的巴纳姆和贝利马戏团，”该研究的资深研究员、麦吉尔大学进化发育生物学加拿大研究主席埃哈德·阿布海夫说。“我们首次展示的是，这种祖先潜力一直存在，当受到环境刺激时，它真的可以释放这种潜力，从而推动进化。”
认识一下超级士兵
据阿布海夫说，在纽约采集到的物种Pheidole morrisi通常有两种类型的工蚁：小型工蚁，负责觅食、护理、喂养卵和幼虫以及照顾蚁后；以及兵蚁，负责保卫巢穴，并使用它们的大颚来咬碎小型工蚁收获的种子。
这个物种没有超级士兵，但头部巨大的生物类似于在美国西南部和墨西哥北部发现的八种蚂蚁中出现的超级士兵蚂蚁。所有九个物种都属于Pheidole属，该属包含约 1,100 个物种。
因此，这些不合时宜的超级士兵可以揭示其他八个物种中超级士兵的起源，这似乎是合理的。
制造超级士兵
为了找出答案，研究人员在阿布海夫实验室的博士生拉金德兰·拉贾库马尔的带领下，观察了通常产生超级士兵的八个物种中的两个物种的超级士兵幼虫的发育过程。（研究人员想研究他们采集到的P. morrisi的行为，但它们在实验室中被其他蚂蚁杀死了。）
蚂蚁的等级或在蚁群中的角色是由环境开关决定的，或者说是在幼虫发育过程中对某些环境线索敏感的时期。蚁群中的成年蚂蚁可以通过例如将某些称为信息素的激素应用于幼虫来操纵这些开关。
在发育的第一个时期，这个开关决定了卵子将变成蚁后还是工蚁，然后第二个开关决定了幼虫将变成兵蚁还是小型工蚁。
在第二个开关之前，他们将一种类似于保幼激素的化学物质应用于三种不产生超级士兵的物种的幼虫。保幼激素参与将营养等环境线索转化为幼虫的身份。通过人工施用，研究人员不仅将幼虫推过了它们通常会变成普通兵蚁的阈值，而且还推过了第二个阈值，一个通常隐藏的阈值，从而创造出超级士兵。
但这些实验室创造的超级士兵与天然的超级士兵并不完全匹配。作为成年个体，它们保留了少量退化的翅芽，这是正常的超级士兵在成熟时会失去的东西。
“成为超级士兵的潜力是存在的，但有点原始，”阿布海夫说。
研究人员还研究了一种参与翅膀发育控制的基因的表达，发现实验室诱导的超级士兵和天然的超级士兵之间存在相似之处。他们还发现在两种不同的天然超级士兵物种中发生了类似的变化，这表明两者都依赖于相同的发育机制。
那么，为什么要拥有超级士兵呢？
天然存在的超级士兵似乎具有防御功能。这些物种与军蚁生活在同一地区，军蚁会攻击它们的巢穴。在突袭期间，超级士兵用它们的大头堵住通往巢穴的隧道，以阻止攻击者进入。
然而，其他种类的Pheidole蚂蚁，那些没有超级士兵的蚂蚁，也与军蚁生活在一起。研究人员在其中诱导超级士兵的物种之一P. hyatti，会抓住它们的幼虫，爬上草茎，以躲避军蚁的袭击。
莫罗提出了超级士兵巨头的另一个可能用途：研磨种子。她说，超级士兵可以研磨比普通士兵更大的种子。
来自家谱的谜团
这些发现可能有助于解开这种超级士兵蚂蚁的起源之谜。芝加哥菲尔德博物馆的进化生物学家科里·莫罗（Corrie Moreau）过去的研究表明，超级士兵物种之一位于Pheidole家谱的底部附近，与祖先蚂蚁密切相关，而其他超级士兵物种则分散在家谱中，她没有参与这项研究。
对于这种安排有两种可能的解释：要么每个物种都进化出不同的创造超级士兵的方式，要么这种机制与大约 3500 万至 6000 万年前的最早共同祖先一起进化而来，莫罗说。
阿布海夫团队的工作指向后者——超级士兵可以追溯到家谱的根源——并且它揭示了超级士兵是如何创造出来的。
莫罗说，其影响超出了蚂蚁的范围。
“问题变成了，‘所有昆虫都使用与大头蚂蚁中发现的相似的途径，还是这只是这个群体特有的？’”她在给《生命科学》的电子邮件中写道。“无论如何，这表明我们应该在生命之树中寻找进化上保守的途径。”
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