木食性蟑螂與白蟻以不同方式克服取食枯木所致的營養(yǎng)缺陷限制

李勝研究團(tuán)隊長期研究昆蟲變態(tài)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制與演化規(guī)律，蜚蠊目昆蟲研究成果中取得了一系列重要進(jìn)展，揭示了蟑螂為“小強(qiáng)”的分子奧秘（Nature?Ecology?&?Evolution,?2025,?2022;?Science?Advances,?2024;?Nature?Communications,?2023,?2018;Molecular?Biology?Evolution,?2022;?Cell?reports,?2023;?National?Science?Review,?2025）。該研究成果在此基礎(chǔ)上開展，探究蜚蠊（蟑螂）演化為白蟻的具體機(jī)制。

研究內(nèi)容及結(jié)果

為探究白蟻社會性行為演化的奧秘，研究團(tuán)隊選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節(jié)點的代表性物種，獲得了三種蟑螂、一種半社會性木蟑螂以及四種社會性白蟻的高質(zhì)量基因組，并結(jié)合關(guān)鍵物種不同發(fā)育時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過組學(xué)比較分析尤其是后續(xù)的功能驗證發(fā)現(xiàn)：

• 木食性和社會性演化都伴隨著大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會性蜚蠊的適應(yīng)性創(chuàng)新并非源于新基因的獲得，而是由已有基因表達(dá)的高效組合所驅(qū)動；
• 白蟻中精子運動相關(guān)基因發(fā)生丟失，提示雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)不存在精子競爭，為一夫一妻制的出現(xiàn)作為生殖利他主義演化的前提（即漢密爾頓法則）提供了重要證據(jù)；
• 不同物種能量代謝基因的表達(dá)決定了其整體生長速率，而激素與能量代謝基因網(wǎng)絡(luò)的差異調(diào)控則決定了白蟻品級分化的方向；
• 在由雜食性向木食性轉(zhuǎn)變的過程中，木蟑螂采取“守財奴”式的能量節(jié)省模式，生長速度極慢；而白蟻則采用“能量分配”的模式，尤其是幼蟻被工蟻撫育的多寡直接決定幼蟻的發(fā)育命運：撫育太多則產(chǎn)生大量的保幼激素，進(jìn)而抑制卵巢和翅芽的生長，最終發(fā)育為工蟻；只有撫育適當(dāng)才可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋Ｓ准に?，從而獲得機(jī)會發(fā)育為生殖若蟻；這種能量分配方式導(dǎo)致生殖若蟻和工蟻的社會分工，形成兩個發(fā)育命運完全不一樣的社會等級。

木食性蟑螂雙親撫育與白蟻同胞利他行為的演化

基于以上發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步提出了社會性在蜚蠊目中的演化模型：

• 木蟑螂雖具群居及雙親哺育行為，但雙親的濫交習(xí)性不足以促進(jìn)利他主義，因而未能演化出同胞供養(yǎng)和撫育行為；
• 單片巢型（樹木既是居所也是食物）的木棲白蟻只有建巢初期具有嚴(yán)格的一夫一妻制，其同胞親緣關(guān)系在建巢初期最高，但由于后代在發(fā)育后期會優(yōu)先進(jìn)行繁殖，親緣關(guān)系隨巢群發(fā)展逐漸減弱，因此僅演化出有條件的利他行為，即表現(xiàn)為假工蟻；
• 離巢覓食性白蟻則具有嚴(yán)格的一夫一妻制，且其同胞親緣關(guān)系在整個蟻群生命周期中始終維持高位，因此演化出無條件利他行為，即表現(xiàn)為真工蟻保持不育狀態(tài)。

通過比較研究木蟑螂與白蟻，揭示了社會性演化的驅(qū)動因素，繪制了從雜食性獨居蟑螂到具有不同社會性程度的白蟻的基因演化圖譜，為深入理解昆蟲適應(yīng)性性狀的創(chuàng)新提供了重要見解。

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