黑褐毛山蚁（Lasius niger）食物交换的分层网络学术资讯

和人类一样，真社会昆虫常常表现出复杂的劳动分工。通过劳动分工，不同个体承担了觅食、育幼等复杂的任务，共同维持整个巢群的稳态与发展。劳动分工也意味着有一部分个体不直接从事食物的采集与运输，因此需要通过交哺行为（trophallaxis）从其他个体获得生存必须的食物。然而这一复杂而又精细的过程是如何实现的，又受到哪些因素的影响？解答这些问题有助于增加对昆虫社会组织结构和功能的理解，因此有重要的生态学意义。

通过引入社交网络的研究方法和思路，法国和比利时的科学家对黑褐毛山蚁（Lasius niger）食物交换的过程进行了深入探索。科学家在每只蚂蚁腹部末端粘贴了二维码（重量仅0.1毫克），从而可以准确识别每只蚂蚁，并对高清视频中的交哺行为进行分析。研究一共分析了34个蚂蚁群体，其中21个群体中有幼虫，13个群体中无幼虫，群体中蚂蚁的数量11-120只不等。每个群体中的蚂蚁分为觅食和居家两个亚群体。

在群体水平上，研究一共分析了四个参数：模块度（maximum modularity）, 集中化指数（centralisation index）, 整体效率（global efficiency）和恢复能力（resilience）。其中，模块度用于评估群体中不同劳动分工的蚂蚁（亚群体）之间互动的强度；集中化指数用于评估食物从单个或多个蚂蚁个体（中心个体）传递至整个群体的程度；整体效率指食物通过最少的传递节点扩散至整个群体的速度；而恢复能力是整体效率除以集中化指数得到的商，用于评估在中心个体缺失的情况下蚂蚁群体继续维持食物交换整体效率的能力。

在个体水平上，研究分析了食物交换的程度（degree，参与交换食物的蚂蚁数量），强度（strength，蚂蚁交换食物的总时长），间距中心度（betweenness，与单个蚂蚁进行食物交换的蚂蚁数量）和聚集系数（clustering coefficient，蚂蚁之间交换食物的程度）。

结果表明：（1）模块度随蚂蚁群体数量的增加而增加，整体效率和集中化指数随蚂蚁群体数量的增加而减小，但恢复能力在不同的群体大小中保持相对稳定，且在有幼虫的群体中恢复能力更高；（2）觅食蚂蚁食物交换的程度和间距中心度高于居家的蚂蚁，但两者食物交换的强度和聚集系数没有差异；（3）是否有幼虫不影响蚂蚁食物交换的程度、强度与间距中心度；（4）群体大小与食物交换的程度和聚集系数呈负相关，与间距中心度呈正相关，但不影响食物交换的强度。

本研究表明黑褐毛山蚁群体中的食物交换过程具有分层网络的特点，从新颖的视角解释了为什么蚂蚁的食物交换过程具有较强的恢复能力。

Fig. 1 Representation of the theoretical networks corresponding to each of the three hypotheses. For each network, there are 14 individuals (two foragers and twelve domestics) as well as fourteen connections (i.e., trophallaxes). (A) Random network for which the trophallaxes are random between individuals, foragers or domestics. (B) Centralised network for which trophallaxes only happen from foragers to domestics; there is one level of interaction. (C) Hierarchical network for which trophallaxes are made first from foragers to domestics and then from these intermediary domestics to other domestics; there are at least two levels of interactions according to the colony size.

原文信息

Quque, M., Bles, O., Bénard, A., Héraud, A., Meunier, B., Criscuolo, F., Deneubourg, J.-L. and Sueur, C. (2021) Hierarchical networks of food exchange in the black garden ant Lasius niger. Insect Science, 28(3), 825–838.