文｜《中國科學報》見習記者 趙婉婷
2019年9月，劉聰來到哈佛大學做博士后，還見到了自己的學術偶像。
他的偶像是愛德華·威爾遜（Edward O. Wilson），后者被譽為“現代社會的達爾文”“社會生物學之父”。這位生物學巨擘還是一位高產的科普作家，其著作兩次獲得普利策獎。
見面時，劉聰帶著威爾遜所著的《螞蟻》——這是螞蟻研究人員案頭必備的“圣經”。
威爾遜給劉聰的簽名
“當然，他后來又送了我很多簽名書。”劉聰笑著回憶。
那是劉聰因威爾遜而選擇研究螞蟻的第7年，也是威爾遜研究螞蟻的第70多個年頭。共進午餐時，劉聰提起自己正在開展的研究，彼時90歲高齡的威爾遜很欣慰——這么多年過去，還有人繼續做太平洋島嶼螞蟻研究。
6年后的2025年9月，這項研究以劉聰為第一作者兼共同通訊作者，正式上線Science雜志。該研究利用群體遺傳的方法，重建了斐濟群島的螞蟻在數千年尺度上的種群動態，印證并擴展了威爾遜過去提出的理論。
劉聰與威爾遜2019年的合影
劉聰等發表的Science論文
1 驗證
上世紀50年代，威爾遜在太平洋島嶼進行了多次螞蟻調查與采樣，并提出島嶼生物地理學理論與生物內循環理論。
威爾遜認為，島嶼物種往往遵循一個規律：最初入侵島嶼并擴張，隨后在局部棲息地逐漸穩定并特化，最終隨著競爭和環境變化走向衰退甚至滅絕。
“威爾遜的理論向我展示了如何通過研究島嶼螞蟻的群落，來理解進化和生態的宏大規律。”了解威爾遜的理論后，劉聰受到很大的啟發。
然而，物種演化和群落更替的時間尺度極長，即使實地連續考察數十年，也只能捕捉到其中的“瞬間截圖”，威爾遜的理論因而很難真正被驗證。
2012年，第二代測序技術快速發展，讓科學家得以對大量個體的DNA片段進行高通量測序，并借助群體遺傳學模型重建種群歷史。這一年，劉聰赴日本沖繩科學與技術大學讀博，他的博導Evan Economo的實驗室藏有大量從斐濟群島采集的螞蟻標本。這是驗證威爾遜理論的好時機。
然而，這些螞蟻標本是干制標本，DNA降解較嚴重。2014年，劉聰啟程前往斐濟，補充采集標本。
劉聰與同事曾借住在友善的當地人家中，也會爬上山頂，在火山口扎帳篷過夜。那兩個月里，幾乎天天下雨，采集過程因而十分狼狽，劉聰總是蹚在泥里，還不停地摔跤。對他來說，在太平洋小島采集標本的時光“感覺是做夢一樣”。
劉聰與同事在野外采集中
劉聰從新舊標本中篩選出127個物種的400余個種群，涉及4000多個螞蟻標本。通過對比不同個體的基因序列就能建立群體遺傳學模型，進一步推測種群在過去幾千年的變化軌跡。
他分析發現，斐濟螞蟻群落至少經歷了65次獨立的定殖事件，并逐漸演化出88個特有種。它們主要分布在高海拔、受干擾較少的森林環境中。然而，約3000年前、人類到來之后，79%的本地特有種出現了衰退趨勢。這種下降趨勢在近300年歐洲殖民、商業農業擴張和外來物種引入后還在加劇。
與此同時，廣布的太平洋本地種和外來種多見于低地和受擾動的生境，它們在新的生態格局下反而擴張。
這種“特有種衰退-外來種擴張”的格局與威爾遜的理論高度契合。
劉聰解釋，環境變化中有“贏家”也有“輸家”。這說明環境變化并不是單一方向地壓縮所有物種，而會重塑群落格局。
2 阻力
這項研究從標本采集到最終發表，經歷了一個漫長的過程。
2017年，劉聰完成了標本的分子實驗和測序工作。但4000多份標本中，不少原本靠形態學鑒定的物種需重新修正——有的要拆分為多個物種，有的則需合并。為了保證結果的準確性，劉聰不得不花費大量時間系統厘清物種邊界。
后續的系統發育重建、群體遺傳學建模及多種生物信息學分析，因涉及龐大數據與復雜運算，進一步拉長了研究周期。
2024年8月，劉聰終于將論文投至Science。收到積極反饋的同時，一位審稿人提出一個關鍵問題：你們使用的不是全基因組測序，而是簡化基因組測序（RADseq）方法。這種方法是否足夠可靠？會不會影響結論的穩健性？
審稿人對RADseq的質疑在劉聰的預料之中。為此，他進行了大量交叉驗證，在不同種群、不同參數設置下重復分析，結果都高度一致，從而證明了研究結論的穩健性。
至于為什么不用全基因組測序，原因很簡單——貴。
劉聰笑言，給4000多份標本做全基因組測序將花費上百萬，這是一個生物多樣性課題組無法負擔的開銷。他坦言，這項研究還是“蹭”著一個大型生物多樣性調查項目才得以開展，而那項調查更側重珊瑚等熱點海洋生物類群。
劉聰在2021年完成哈佛的博士后工作后，一直通過申請項目經費繼續在哈佛大學比較動物學博物館開展研究。他并非“編內”人員，更像一名高階的博士后。劉聰坦言，如今經費申請難上加難。
但無論是回國，還是繼續在美申請，劉聰都會將螞蟻研究繼續下去。
原因很簡單，螞蟻很好玩。“螞蟻的自然歷史特別豐富。有的螞蟻是單蟻后的，有的是多蟻后的，有吸血的，有吐絲的，還有奴役別的螞蟻的……”談起這類酷酷的生物，劉聰滔滔不絕。
更為重要的是，螞蟻的存在無比關鍵。
螞蟻幾乎存在于所有的陸地生態系統。它們是挖掘搬運土壤、促進土壤循環、分解有機物的生態工程師，能促進種子的傳播，還通過調節害蟲的數量參與生物防治。
盡管如此，人類對螞蟻的了解仍然有限。全球已知的螞蟻種類超過1.6萬種，但它們背后的生態角色、演化歷史和功能多樣性還有許多未解之謎。“我們看到的，可能只是冰山一角。”劉聰告訴《中國科學報》。
而劉聰要做的，就是一點點破譯螞蟻的自然密碼。
2022年，劉聰匯報斐濟螞蟻項目的進展
3 傳承
劉聰兒時曾出于興趣養過螞蟻，但真正愛上螞蟻，是讀研之后。
2012年，劉聰在中國科學院西雙版納熱帶植物園（簡稱“版納植物園”）讀研，其間開始了解威爾遜的螞蟻研究，并逐漸意識到螞蟻系統極具研究潛力。
通過在版納植物園學習與生活，劉聰自然而然地發現了一個科學問題：云南不少熱帶雨林被橡膠林取代，這種環境變化會對螞蟻造成怎樣的影響？
帶著這樣的問題，他決心攻讀博士。讀博期間，劉聰在完成版納螞蟻調查后，便開啟了斐濟群島的螞蟻研究。
劉聰在斐濟
2018年，劉聰在深圳參加亞洲演化生物學大會。他主動上前與美國科學院院士、哈佛大學教授Naomi Pierce交流，詢問是否有合適的博士后項目。畢竟，哈佛是“夢校”般的存在——那是威爾遜求學、任教一生的地方，其校內的比較動物學博物館還收藏著全世界最豐富的螞蟻模式標本。
巧的是，哈佛次年即將啟動一個全新的生物多樣性博士后獎學金項目，而這個項目正是他的學術偶像威爾遜設立的。
2019年，經過激烈競爭，劉聰成為該項目“唯二”的入選者。他進入哈佛大學，在Pierce的指導下開啟博士后工作。
威爾遜每周二會來辦公室。螞蟻館的一小撮科研人員就會趁機聚在威爾遜的辦公室閑聊、共進午餐。
劉聰在博士后項目的資助下，開展了橫斷山螞蟻多樣性研究，其間也得到了威爾遜的鼓勵：“山地昆蟲多樣性是一個非常重要卻仍有許多未知的領域，整理橫斷山螞蟻名錄是一份重要的貢獻。”
威爾遜還送給劉聰一份1958年發表的論文稿件。威爾遜當年原打算將自己的出版物送給他的學術啟蒙人、美國昆蟲學家William Mann。現在，它成為了傳承給劉聰的禮物。
2020年，劉聰出版了橫斷山螞蟻多樣性專著，并特意送給威爾遜一本。
次年冬日，威爾遜在醫院逝世了。劉聰與同事整理威爾遜的遺物時，看到了威爾遜書桌上的這本專著。
當時專著尚未印封皮，威爾遜就親自在空白的封面上寫下標題與劉聰的名字。翻開這本170多頁的專著，劉聰還看到了威爾遜的細致批注。
劉聰的橫斷山螞蟻多樣性專著
“You should keep it, Ed wants you to keep it.”（你應該留著它，威爾遜希望你留著它。）威爾遜生前的秘書把書遞到劉聰手里。
看著偶像的字跡，劉聰感慨萬千。“它不僅是一份學術的傳承，也是我個人科研旅程中最珍貴的記憶。”
作為一名研究生物演化的科學家，劉聰相信隨機事件與時機的力量。
在生物演化理論中，“隨機性”是驅動演化的重要動力之一。它指的是某些關鍵事件的發生概率不受生物“主觀需求”或“適應性目標”的直接控制，卻可能長期深刻改變種群的基因組成。自然選擇則在這些隨機變異的基礎上進行非隨機的篩選。
劉聰的本科就讀于安徽師范大學，當時差點去當高中生物老師。但一個念頭總是閃過：去中國生物多樣性最豐富的地方之一看看。于是，他便開啟了學術生涯，得到了版納植物園研究員彭艷瓊手把手地指導，又在威爾遜的書中堅定了人生的目標與方向，最終來到螞蟻研究者的殿堂。
“隨機”選擇中的必然，是劉聰不變的熱情。“念念不忘，必有回響。”
劉聰目前開展的課題是螞蟻顏色的演化與適應。他解釋，這有助于理解螞蟻如何在多樣而復雜的世界中適應并生存。
“你選的課題，就跟你的真愛一樣，必須讓你感興趣、充滿熱情、愿意為它奉獻一生，并且樂在其中。”威爾遜在《給年輕科學家的信》一書中，給出這句“忠告”，劉聰一直在踐行。
劉聰的工作桌
相關論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ads3004
*文中圖片均由受訪者提供
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