木食性蟑螂與白蟻以不同方式克服取食枯木所致的營(yíng)養(yǎng)缺陷限制

李勝研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期研究昆蟲(chóng)變態(tài)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制與演化規(guī)律，蜚蠊目昆蟲(chóng)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(kāi)展，探究蜚蠊（蟑螂）演化為白蟻的具體機(jī)制。

研究?jī)?nèi)容及結(jié)果

為探究白蟻社會(huì)性行為演化的奧秘，研究團(tuán)隊(duì)選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的代表性物種，獲得了三種蟑螂、一種半社會(huì)性木蟑螂以及四種社會(huì)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(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過(guò)組學(xué)比較分析尤其是后續(xù)的功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：

• 木食性和社會(huì)性演化都伴隨著大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會(huì)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(dòng)；
• 白蟻中精子運(yùn)動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)，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(zhǎng)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(jí)分化的方向；
• 在由雜食性向木食性轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，木蟑螂采取“守財(cái)奴”式的能量節(jié)省模式，生長(zhǎng)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(yùn)：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(zhǎng)，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(huì)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(huì)分工，形成兩個(gè)發(fā)育命運(yùn)完全不一樣的社會(huì)等級(jí)。

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(duì)進(jìn)一步提出了社會(huì)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(shù)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(huì)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(gè)蟻群生命周期中始終維持高位，因此演化出無(wú)條件利他行為，即表現(xiàn)為真工蟻保持不育狀態(tài)。

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

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