边缘首先，这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。大脑进化是为了实现复杂的社会关系，还是相反，复杂的社会关系和社会影响大脑的大小和结构？

Traniello实验室:在脊椎动物中，社会复杂性与大脑大小和结构之间的关系被认为是一种有利于个人利益的（自然）选择的共同进化“军备竞赛”。例如，生活在大群体中的灵长类动物的社会生活的复杂性需要认知能力来适应不同的社会情况。如果增强的社会认知需要更强的信息处理能力，那么结果可能是大脑体积的增加。更大的大脑，反过来，可能使更复杂的行为，反过来选择更大的处理能力。

但在像蚂蚁这样的群居昆虫中，大脑的进化与工蚁的不育性和群体的适应性有关，而不是与个体有关。影响工蚁行为的认知挑战，以及它们的大脑大小和结构与行为专业化——劳动分工有关，这涉及到工人在大小和执行任务上的变化，这是很重要的。一些工蚁可能有更多样化和要求更高的与觅食相关的行为技能，而另一些工蚁可能专门用于保卫蚁群、磨碎种子或作为巢穴的活门。我们预计，无论是任务范围广泛还是极其狭窄的工作者，其大脑的大小和神经结构都会有所不同，以适应他们的社会角色。

脑代谢在这幅图中扮演什么角色？它如何影响大脑的复杂性和物种的社会性？

更大的大脑应该花费更多的精力来发展和运作。大脑只占动物总质量的一小部分，但它们消耗的能量却不成比例。例如，人类的大脑只有3磅重，但却消耗了我们20%的能量。大脑在新陈代谢上也是自私的，它可能会把能量分配给其他器官。

如果进化倾向于更大的大脑，这对能量需求有何影响？群居昆虫的大脑很小，在生理上与脊椎动物的大脑不同。在特拉尼洛实验室做澳门威尼斯人注册网站研究获得博士学位的弗兰娜·卡米（Franne Kamhi）表明，一些社交复杂的蚂蚁有更大的大脑，但运行它们所需的能量更少。社会复杂性、大脑大小和新陈代谢之间的这种关系还没有被很好地理解，这是特拉尼洛实验室成员扎克·科托（Zach Coto）目前领导的工作重点，他正在攻读博士学位。

澳门威尼斯人注册网站研究蚂蚁能告诉我们澳门威尼斯人注册人类大脑和社会的什么？为什么蚂蚁是一个如此重要的澳门威尼斯人注册网站研究模型？

大脑结构和新陈代谢如何受到社会生活的影响是一个重要的未解决的问题。我们的方法是通过以蚂蚁为模型，结合进化生物学和神经科学，拓宽大脑进化的概念视角来回答这个问题。

像人类一样，蚂蚁以其非凡的集体智慧而闻名。在人类和蚂蚁社会中，合作群体比个体更善于解决问题，因此我们可以问，涌现的认知如何影响大脑进化，包括新陈代谢。

复杂系统理论还认为，更大的社会复杂性源于个体的简单性，但群体层面的认知如何影响大脑的大小、结构和新陈代谢，还没有得到很好的澳门威尼斯人注册网站研究。因此，蚂蚁提供了解决在人类进化中同样重要的问题的机会。

饮食和文化的变化被认为与更大、更稳定的社会群体的形成有关，改变了群体成员的认知需求，这可能反映在大脑的大小、组织和基因上。有趣的是，人类大脑的大小似乎从大约1万年前开始缩小，大约在农业起源的时候。

很难回答社会性和集体问题如何影响人类大脑进化的问题，因为人类化石记录限制了分析。然而，农业蚂蚁的社会复杂性、认知能力、大脑大小和身体大小的变化之间存在联系，这让我们了解了在大致相似的情况下自然界中可能发生的事情。

单细胞RNA测序将如何帮助你理解复杂大脑结构的生物学机制？你在寻找什么类型的分子信号？

我们想了解基因表达是如何支撑大脑结构和行为的。传统的RNA测序澳门威尼斯人注册网站研究常常受到假设细胞群体在基因表达上是均匀的（或完全相同）的限制，但是即使所有细胞共享相同的基因组，在单个细胞中只有一部分基因被激活。这可能在不同类型的细胞、非常相似的细胞或大脑不同区域的细胞群之间有所不同。这种变异被认为对细胞发育和功能以及蚂蚁在农业中扮演的角色很重要，但我们不能用全脑RNA测序澳门威尼斯人注册网站研究来描述它，因为这些澳门威尼斯人注册网站研究只反映了[基因的大熔炉]，或者整个大脑中单个基因的平均表达水平。

然而，通过单细胞RNA测序，我们可以看到某些基因在大脑的特定部位是活跃还是不活跃。我们预测，大脑中基因表达的差异模式——一些基因在大脑的某一部分比另一部分更活跃或更不活跃——将反映出代谢和行为功能是如何由位于大脑亚区域的基因控制的。波士顿大学艺术与科学学院的生物学副教授肖恩·马伦和特拉尼洛实验室的博士候选人伊莎贝拉·穆拉托尔正在澳门威尼斯人注册网站研究这个问题。

你为什么选择学习阿塔cephalotes为了这个目的？是什么让真菌生长的蚂蚁比其他常见的蚂蚁更值得澳门威尼斯人注册网站研究呢？

种植真菌的蚂蚁生产自己的食物，一种蘑菇作物。只有蚂蚁、白蚁和人类是超社会性的——这意味着他们从事农业，有全职的劳动分工。

阿塔cephalotes在外观上有显著的变化；工人的大小从极小的（头部大约半毫米）到大的（超过3.5毫米）不等，根据他们的大小和他们执行的任务可以分为称为子种姓的群体。它们的大脑在结构上有所不同，尤其是在一个被称为蘑菇体的区域，它与脊椎动物的大脑皮层密切相关。这是工人大脑的学习和记忆中心，在拥有最复杂行为的次种姓中，它的比例更大。

我们假设，像这样的大脑结构和细胞特异性基因表达模式的差异，通过影响亚种姓的大脑组成和行为，支撑了这种蚂蚁的农业分工。

真菌生长的蚂蚁为了解大脑进化提供了很好的机会，因为它们在社会组织中是多样化的。一些物种有小的工蚁群，工蚁群的大小大致相同，完成生产作物所需的全部任务，但在拥有大工蚁群的高级物种中，农业是工业化规模的，是由不同大小的工蚁进化而来的，这些工蚁的行为也各不相同。因此，在蚂蚁的进化分支中，社会复杂性有很大的多样性，我们可以利用这一点来探索我们的澳门威尼斯人注册网站研究问题，即社会化和大脑进化之间的联系。

其他蚂蚁甚至进一步扩展了这些澳门威尼斯人注册网站研究机会。一种被称为poneroids的蚂蚁以其捕食习惯而闻名，被认为是最原始的蚂蚁。像真菌蚂蚁一样，它们在社会生物学和生态学上都是多样化的，但这一群体中的工蚁是活跃的捕食者，在不同的物种之间，它们在饮食、群体大小、体型、工蚁外观和劳动分工方面表现出惊人的差异。有些种类的斑蚁只捕食白蚁，而另一些则是多面手。

栉状蚁的体型从1.4毫米到“巨大的”3.6厘米不等Dinoponera gigantea蜂群的大小可以少于10只，也可以超过1万只。饮食专业化、喂养行为和社会组织的差异可能与与饮食和社会性相关的认知适应有关，这些适应会影响大脑的大小、结构和新陈代谢，使它们成为测试大脑进化理论的理想群体。Frank Azorsa是特拉尼洛实验室的博士候选人，他正在为他的论文项目澳门威尼斯人注册网站研究poneroids。

新冠肺炎疫情对您或您实验室博士生的澳门威尼斯人注册网站研究有何影响？

我们不得不在三月份关闭我们的实验室，我们最近才开始重新开放。在实验室工作的博士生和本科生已经很好地应对了这种变化。博士候选人扎克·科托和伊莎贝拉·穆拉托尔自3月以来一直在维护蚂蚁培养并参加其他必要的实验室工作。

弗兰克·阿佐萨（Frank Azorsa）获得了澳门威尼斯人注册网站研究饮食对食肉蚂蚁大脑进化影响的资助，他目前在秘鲁，无法进行蚂蚁收集之行，也无法返回波士顿，因为机场关闭了。希望他很快就能收集到蚂蚁，然后回到波士顿大学的实验室。

本科生澳门威尼斯人注册网站研究人员Mimi Kay和Faraz Zaidi已经能够远程继续他们的工作。

你认为蚂蚁——以及它们如何克服入侵性寄生物种的攻击——与人类和其他易感物种目前面临的挑战之间有什么有趣的相似之处吗？

像蚂蚁这样的群居昆虫不会争论预防疾病传播的必要性，也不会争论接种疫苗的必要性。与人类不同，它们不需要强有力的领导和集中控制来预防流行病。

蚂蚁生活在富含病原体和寄生虫的环境中，并形成潜在的数百万个体的殖民地，这些个体密集地生活在巢穴中。它们控制感染的最古老和最重要的适应性之一是在腹部发现的胸膜后腺，它会产生抗生素。每只蚂蚁都是一名药剂师，它们分泌预防性化学物质，并通过梳理自己和巢穴同伴的毛发，将这些化学物质分布在整个蚁群中，并将抗生素分泌物应用于整个蚁群。

此外，种植真菌的蚂蚁与一种产生抗生素的细菌共存，这种细菌可以控制其他外来真菌，这些真菌可以入侵蚁群并杀死它们赖以为生的蘑菇。

一般来说，群居昆虫会就病原体的存在进行交流，并产生导致个体分散的信号，从而降低传染的风险。它们可以“发烧”，提高巢穴温度以热杀灭病原体。此外，受感染的工蚁会在身体上与未感染的工蚁保持距离，自愿隔离，并在死亡前离开蚁群。

我们的澳门威尼斯人注册网站研究甚至表明，一些物种具有社会免疫力——具有免疫力的工蜂能够增强整个群体的抗病能力，可能是通过给同伴接种或分发免疫促进剂来实现的。