Eciton burchellii螞蟻，在地上物種中，似乎重新生長用於視覺的大腦部分。圖片來源：Sean O’Donnell / Drexel大學攝影。根據一項由德雷克塞爾生物學教授領導的軍隊螞蟻的研究，隨著時間的推移，對更具挑戰性的環境的改變可能會重新點燃並使大腦的舊部分變得不活躍。
藝術與科學學院教授Sean ODonnell博士研究了幾個屬於熱帶陸軍螞蟻的屬（相關物種群），他們的祖先大約在8000萬年前遷移到大部分地下。繼續居住在地下的陸軍螞蟻物種似乎已經失去了大部分（如果不是全部）視野，但Eciton屬在大約1800萬年前重返大陸後似乎已經恢復了視力。
“大多數已知的大腦投資變化的例子涉及轉向更簡單或’減少’的環境，”O’Donnell說。“典型的例子是光線生物表面物種的例子，它們會產生黑暗生活的洞穴居民。這些物種往往幾乎總是與視覺處理大腦區域減少有關。”但O’Donnell和他的研究合作夥伴所研究的一些螞蟻似乎可以看到用於觀察的部分大腦。它似乎是一個罕見的例子，一個物種的腦組織隨著時間的推移而變得越來越複雜。
描繪螞蟻大腦不同部分的圖表。圖片來源：圖片由Sean O’Donnell / Drexel大學提供。“我們關於視覺投資的數據表明，至少有一些空間可以恢復或增加失去的感覺和認知功能，”O’Donnell說。“我們還不知道Eciton可以看到它們的效果如何以及它們的眼睛是如何工作的。我們發現解剖學建議它們的眼睛結構與大多數其他地上昆蟲不同.Eciton在一定程度上重新改造了眼睛嗎？”O’Donnell和四位共同作者最近在“ 自然科學 ”中發表了他們的研究結果：“進入黑色，回歸：新熱帶軍隊螞蟻的大腦投資生態學。”
在他們的研究中，Drexel研究人員發現，主要生活在表面的螞蟻 – Eciton hamatum，Eciton mexicanum和Eciton burchellii parvispinum–具有明顯更大的光學瓣，這是視覺中使用的大腦的一部分。主要生活在地下的其他屬的物種，如Nomamyrmex和Cheliomyrmex，具有小得多的光學葉。但其他大腦區域表明，視覺的進化並不能說明整個故事。
比較陸軍螞蟻地上和地下大腦中的葉瓣的圖表。圖片來源：Sean O’Donnell / Drexel大學。除了較大的視神經葉外，Eciton還擁有最大的嗅覺大腦區域，以及最大的大腦尺寸。相比之下，蘑菇體的花萼 – 大腦中與記憶和感覺整合有關的部分 – 被發現是Nomamyrmex和Cheliomyrmex中最小的，是研究人員研究的物種中最底層的。這些模式共同指出光線並不是決定表面居民大腦的唯一因素。“對我來說，最令人興奮和新穎的模式是那些暗示地下世界不僅僅是不同的模式，例如強調視覺上的嗅覺，”ODonnell說。“數據表明，地下是一個更簡單的世界，總體上比地上世界更具認知挑戰性。現在的挑戰是弄清楚地上環境選擇增加大腦投資的內容。”
在他們的論文中，ODonnell和他的合著者提出了地上世界的一些方面，這些方面更複雜，需要進化額外的大腦空間：獵物的多樣性，捕食者的存在以及晝夜之間的變化時間活動。“在軍隊螞蟻的情況下，我們對大腦區域大小增加對行為和認知能力的影響幾乎一無所知，但我們的數據表明，軍隊螞蟻是一個探索這些問題的有趣群體，”O’Donnell說。
從基因上講，擁有更多的腦組織（也稱為大腦投資）是一種“昂貴的”進化特徵。腦組織需要大量的能量來通過食物的消耗來建立和維持。因此，除非有充分的理由攜帶額外的大腦能力，否則物種不會持續很長時間。“這項研究表明，大腦密切跟蹤動物物種的生態，即使在數千萬年之後，大腦進化也能應對新的生態挑戰，”奧唐奈說。
