蚂蚁（蚁科）因其高度特化的社会性成为地球上最普遍且生态上具有统治力的节肢动物。构建可靠的蚂蚁进化树对于揭示其特征演化、物种多样化及生物地理学具有至关重要的作用。过去二十年来，分子系统发育学研究和保存精美的白垩纪蚂蚁化石，极大地推动了蚂蚁演化历史的研究。然而，利用组学数据构建蚂蚁系统发育关系时，经常会出现不同分子数据集之间表现出演化关系不一致的情况，使得蚂蚁的骨架系统发育关系一直悬而未决。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所研究员蔡晨阳通过重新分析公开的蚂蚁基因组数据，揭示了蚁科系统发育学中长期存在的争议性问题。通过最新的模型比较方法，探索了不同数据集间产生冲突的原因，提出蚁类演化关系的新见解。该项研究成果在线发表于英国《自然》（Nature）旗下生物类专业期刊《通讯-生物学》（Communications Biology）上。
现生蚂蚁分为三大类群：细蚁类（leptanilloids）、蚁类（formicoids）和猛蚁类（poneroids）。其中，蚁类各亚科包含了绝大多数现生蚂蚁种类，其亚科内部关系已经通过分子系统发育研究得以明确。然而，猛蚁类内部的亚科关系仍存在较大争议。最具争议性的问题集中在细蚁类（包括2个现生亚科：Leptanillinae和Martialinae）的系统发育位置，特别是对火星蚁（Martialis heureka）的演化位置的讨论。
↑ 现生蚂蚁各个亚科之间的演化关系，其中火星蚁的系统位置悬而未决
火星蚁首次发现于亚马逊雨林中。这个物种因其独特的形态特征—同时具有原始性和独特性，而被划入独立的亚科—火星蚁亚科。自其发现以来，关于该物种的确切系统发育位置就一直存在争议。前人研究表明，火星蚁可能是所有现存蚂蚁亚科的姐妹群。然而，后续基于基因组数据的研究得出了不同结论，认为它与细蚁亚科关系最近。
蔡晨阳通过重新分析多个现有数据集，基于交叉验证等前人所忽视的模型比较方法，应用了最新的位点异质性模型（CAT-GTR），重点考虑了氨基酸位点突变过程中受蛋白质功能所限制的因素，得到了与当前主流观点（火星蚁是细蚁的姊妹群）完全不同的结果。新研究表明，火星蚁实际上是除细蚁亚科之外所有蚂蚁的姐妹群，彻底解决了这一长期存在的争议。
该研究构建的蚁科骨架系统发育树，为蚂蚁特征演化、生物地理学以及早期蚁类的生态学研究提供了坚实的基础。研究还提出，现生火星蚁和细蚁在形态上的诸多相似性可能是它们适应地下生活环境的趋同进化的结果。今后通过基因组数据与现生种类的形态特征、化石证据和生态学数据的整合，将能够更加全面地刻画出蚁科演化历史的全貌。
↑ 系统发育基因组学分析解决了火星蚁的演化关系和蚂蚁骨架系统发育关系
本项研究得到了国家自然科学基金委、第二次青藏科考项目的资助。
论文相关信息：Cai Chenyang （2024） Ant backbone phylogeny resolved by modellingcompositional heterogeneity among sites ingenomic data. Communications Biology 7: 106. https://doi.org/10.1038/s42003-024-05793-7.
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷