《Functional Ecology》：Endogenous colony dormancy shapes seasonal cold tolerance in temperate ants
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作为真社会性（eusocial）超个体（superorganisms），适应寒冷的蚂蚁必须连续存活多个冬季，并受到作用于个体层面与群体层面两者的选择压力所塑造。
在冬季再激活之后，蚁群进入一个固定的发育阶段，其持续时间受“Kipyatkov沙漏装置”调控；这
作为真社会性（eusocial）超个体（superorganisms），适应寒冷的蚂蚁必须连续存活多个冬季，并受到作用于个体层面与群体层面两者的选择压力所塑造。
在冬季再激活之后，蚁群进入一个固定的发育阶段，其持续时间受“Kipyatkov沙漏装置”调控；这是一种内源性计时器，即使在允许性光照与温度条件下，也会在设定的时间间隔后强制启动新的休眠期。然而，这种群体层面的专性程序化过程如何与工蚁的生理响应相互作用，从而产生能够承受季节变化的耐寒表型，仍不清楚。
本研究利用5种温带蚂蚁的专性群体层面季节性程序，解析内源性群体休眠与外源性热暴露（即驯化，acclimation）对工蚁代谢率、代谢组谱以及耐寒性的相对贡献。
结果表明，在所测试物种中，仅群体休眠的启动就足以调节临界热最低值（critical thermal minimum, CTmin）以及急性冷暴露下导致50%死亡的温度（temperature causing 50% mortality during acute cold exposure, LTe50），并且还会与冷驯化相互作用，共同塑造工蚁的耐寒性。冷驯化诱导个体中与渗透平衡及膜重组可能相关的代谢物积累，例如海藻糖（trehalose）和甘油磷酸乙醇胺（glycerophosphoethanolamine）。
研究结果强调，温带蚂蚁中程序化、专性的群体休眠能够在独立于环境暴露的情况下驱动工蚁冷硬化（cold hardening）。这提示温带社会性昆虫的耐寒性可由群体季节性程序与个体对环境线索的响应相互作用而产生，反映其独特的进化历史与社会组织。
该论文发表于《Functional Ecology》，聚焦温带社会性昆虫如何在季节性寒冷环境中形成耐寒表型这一重要生态生理学问题。对于多数外温动物而言，冬季意味着能量可利用性下降与致死性低温风险升高，因此个体层面通常演化出滞育（diapause，程序化发育停滞）或静止（quiescence，环境即时诱导的休眠）等代谢休眠策略。既有研究已表明，这些休眠状态常与代谢抑制、能量节省以及抗逆性增强有关，有时还伴随冷保护分子（cryoprotective molecules）的预先积累。然而，蚂蚁等真社会性昆虫并非仅由个体选择塑造，其蚁群作为“超个体”需要跨越多个连续冬季长期存续，因此除个体层面的生理调节外，还可能存在群体层面的季节性内源程序。论文关注的核心问题正是：在具有专性群体休眠的温带蚂蚁中，这种由“Kipyatkov沙漏装置”主导的内源性群体发育时序，如何与个体对外界低温的反应共同塑造工蚁耐寒性。
研究人员围绕5种欧洲常见温带蚂蚁——Lasius niger、Lasius flavus、Formica fusca、Myrmica rubra和Leptothorax acervorum——建立了一个全因子实验框架，将“群体是否进入休眠”与“工蚁是否接受冷驯化”这两个自然条件下通常同步发生的因素拆分开来，从而分别评估内源性群体休眠与外源性低温暴露对工蚁耐寒表型的独立及交互作用。研究结果显示，群体休眠本身即可显著降低工蚁的CTmin，并在所有物种中与冷驯化产生协同作用，进一步增强耐寒能力；对LTe50而言，冷驯化是更主要的决定因子，而群体休眠的影响较弱且跨物种一致性较差。代谢组分析进一步表明，冷驯化而非群体休眠是诱导代谢重塑的主要驱动力，相关变化涉及海藻糖、甘油磷酸胆碱（glycerophosphocholine, GPCholine）、甘油磷酸乙醇胺（glycerophosphoethanolamine, GPEethanolamine）、肌醇（inositol）和DL-谷氨酸（DL-glutamic acid）等代谢物。论文的重要意义在于，它证明了社会性昆虫的耐寒性并不只是个体对温度环境的被动生理响应，还受到群体层面季节性内源程序的深刻塑造，从而为理解社会性昆虫对季节气候的适应提供了新的层级视角。
研究人员采用的关键技术方法主要包括以下几类：首先，从丹麦Aarhus University Campus周边采集5种温带蚂蚁群体，并在实验室内完成一个完整年度周期饲养，以获得仅暴露于标准化实验条件下的工蚁；其次，构建“非休眠/休眠”与“未冷驯化/冷驯化”的四处理全因子设计，在恒定光周期下隔离光周期影响；再次，通过动态降温法测定CTmin，通过24 h急性冷暴露并拟合S形曲线估算LTe50；同时，采用停流呼吸测量（stop-flow respirometry）评估标准代谢率（standard metabolic rates, SMRs），并利用靶向代谢组学（targeted metabolomics）分析53种通过质控的代谢物变化，最后结合主成分分析（principal component analysis, PCA）和线性混合效应模型综合评估休眠与驯化效应。
3.1 Colony dormancy influences workers' CTmin and interacts with acclimation to drive cold-tolerance
这一部分通过比较四种处理条件下工蚁的CTmin，检验群体休眠与冷驯化对低温神经肌肉活动阈值的影响。结果表明，对照条件下工蚁CTmin最高，说明其耐寒性最弱；来自非休眠群体的工蚁经8°C冷驯化10天后，五个物种的CTmin均显著下降，表明短期冷暴露足以提高冷耐受。更关键的是，即使没有经历冷驯化，仅群体层面的休眠启动也会在所有测试物种中降低CTmin，说明内源性群体程序本身即可引起与耐寒相关的表型变化。在此基础上，休眠后再进行冷驯化的工蚁CTmin最低，显示二者具有协同或增强作用。线性混合效应模型进一步证实，驯化与群体休眠均是解释跨物种CTmin变化的显著因子，且二者交互项显著，说明休眠状态会增强工蚁对后续冷驯化的响应幅度。该结果是论文最核心的发现之一，表明温带蚂蚁的低温活动极限不仅由环境低温塑造，还受群体内源季节程序直接调节。
3.2 Tolerance to acute cold stress is primarily driven by cold acclimation in workers
这一部分评估工蚁对24 h急性冷胁迫的死亡耐受极限，即LTe50。结果显示，对照条件下各物种LTe50最高，说明其对急性冷损伤最敏感。冷驯化可在全部物种中显著降低LTe50，即提高存活性，是影响急性冷致死耐受的主导因素。群体休眠对LTe50也有一定影响，但其效应弱于CTmin上的表现，且并非在所有物种中都显著，例如L. flavus未显示明显变化。此外，除F. fusca外，休眠与驯化并未在LTe50上普遍表现出明显叠加效应。模型比较同样支持：最佳模型包含驯化与休眠两个因子，但仅驯化达到显著水平，休眠未达到常规显著性阈值。由此可见，工蚁对急性冷损伤的生存耐受主要依赖外源性低温暴露所触发的生理调整，而群体休眠的作用较有限。论文据此区分了两类耐寒指标的生物学含义：CTmin更敏感地反映群体程序与驯化的联合作用，而LTe50更多体现驯化驱动的抗冷损伤能力。
3.3 Colony dormancy aligns with suppressed metabolic rates in several, but not all, species
这一部分考察群体休眠是否伴随工蚁代谢抑制，从而提示其与滞育样状态存在功能关联。研究人员在18°C下比较非休眠与休眠工蚁的SMR，发现跨全部数据集而言，物种、休眠状态及其交互作用均显著，说明群体休眠总体上影响工蚁代谢水平。不过，按物种分别分析后，仅L. flavus、F. fusca和M. rubra在休眠状态下表现出显著较低的SMR，L. niger与L. acervorum则无显著差异。该结果说明，群体层面休眠与个体层面代谢抑制的对应关系并非在所有物种中完全一致。论文据此保持审慎：虽然在部分物种中，工蚁代谢降低与滞育指征相符，但现有数据尚不足以明确判定所有测试物种中的工蚁个体是否均进入了真正意义上的滞育状态。换言之，群体休眠与个体生理休眠之间存在关联，但二者并不必然完全重合。
3.4 Cold acclimation drives metabolomic shifts in workers
这一部分利用靶向代谢组学分析耐寒表型变化背后的代谢基础。热图结果首先显示，单独的群体休眠对工蚁代谢谱影响有限，而冷驯化无论发生于休眠前还是休眠后，都能引起更明显、更一致的代谢变化。随后，研究人员对标准化代谢物丰度进行PCA，发现前两个主成分解释了代谢组成中相当比例的变异，并且CTmin与LTe50均与PC2显著相关，说明跨物种、跨处理的耐寒差异主要与PC2所代表的代谢变化轴相联系。对PC2贡献最大的代谢物包括海藻糖、GPEethanolamine、DL-谷氨酸、GPCholine和肌醇，其中多种在冷驯化条件下升高。研究据此指出，冷驯化相关的代谢重塑可能涉及渗透平衡维持、膜脂重构以及冷应激下的细胞稳态调节。特别是磷脂分解中间体GPEethanolamine与GPCholine的变化，提示低温下细胞膜流动性维持可能是一个关键过程；而海藻糖和肌醇等糖类/多元醇的增加，则可能有助于渗透与离子稳态。值得注意的是，这些代谢变化幅度整体较温和，作者认为这与实验采用的8°C、10天这一相对温和且非致死性的驯化处理有关。因此，本部分的主要结论是：代谢组重塑主要由外源性冷驯化驱动，而非由群体休眠单独触发；耐寒增强与若干涉及膜重组和渗透保护的代谢物变化密切相关。
在讨论部分，论文首先强调了实验设计的解释边界。研究人员指出，为了保证四处理对称性并避免致死，实验采用了较温和的8°C、10天冷驯化方案，因此所得结果更适合揭示机制上的相对效应，而非完全再现野外完整冬季条件；此外，每个物种仅使用单一群体来源，也限制了种内变异和群体间差异的推断强度。尽管如此，结果仍清晰支持：群体休眠可以独立于低温环境暴露而改变工蚁耐寒性，尤其是显著下调CTmin，并增强后续冷驯化效果。论文还结合巢穴生态位对结果进行了解释：L. acervorum为浅巢型物种，暴露于较少缓冲的微气候条件，因此其LTe50最低、耐寒性最强；其余地下筑巢物种则可能依靠巢穴热缓冲和垂直迁移减少极端低温暴露。这一生态背景使实验结果更具合理性。
对于结论部分，可译为：研究结果支持，温带蚂蚁的耐寒性可同时受到程序化群体休眠与环境冷暴露的塑造。仅群体层面休眠的启动似乎就能够调节工蚁耐寒性，并进一步增强其对后续冷驯化的响应能力。这些结果表明，在社会性昆虫中，内源性群体程序与外源性环境条件能够相互作用，共同塑造热耐受性，并支持其对季节性气候的适应。
总体而言，这篇发表于《Functional Ecology》的研究在概念上将耐寒性研究从单一个体层面推进到“群体程序—个体生理”耦合层面。论文最重要的贡献并非仅在于再次证明冷驯化能够提高蚂蚁耐寒性，而在于揭示专性群体休眠本身就是一个可塑造工蚁低温表型的内源性因子，并且这种效应在低温活动阈值上尤为突出。由此，研究人员提出了一个更适合解释温带社会性昆虫季节适应的框架：耐寒表型并非单由环境诱导，也并非单由个体休眠决定，而是来源于群体年度发育程序与个体环境响应之间的相互作用。这一发现呼应了蚂蚁作为超个体长期生活史、复杂社会组织及多冬存活策略的独特进化背景，也为后续在不同纬度、不同群体以及更多社会性昆虫中检验类似机制提供了清晰的理论起点。
