木食性蟑螂與白蟻以不同方式克服取食枯木所致的營(yíng)養缺陷限制

李勝研究團隊長(cháng)期研究昆蟲(chóng)變態(tài)發(fā)育的調控機制與演化規律，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”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上開(kāi)展，探究蜚蠊（蟑螂）演化為白蟻的具體機制。

研究?jì)热菁敖Y果

為探究白蟻社會(huì )性行為演化的奧秘，研究團隊選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節點(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，并結合關(guān)鍵物種不同發(fā)育時(shí)期的轉錄組數據，通過(guò)組學(xué)比較分析尤其是后續的功能驗證發(fā)現：

• 木食性和社會(huì )性演化都伴隨著(zhù)大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會(huì )性蜚蠊的適應性創(chuàng )新并非源于新基因的獲得，而是由已有基因表達的高效組合所驅動(dòng)；
• 白蟻中精子運動(dòng)相關(guān)基因發(fā)生丟失，提示雌性生殖系統內不存在精子競爭，為一夫一妻制的出現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；
• 不同物種能量代謝基因的表達決定了其整體生長(cháng)速率，而激素與能量代謝基因網(wǎng)絡(luò )的差異調控則決定了白蟻品級分化的方向；
• 在由雜食性向木食性轉變的過(guò)程中，木蟑螂采取“守財奴”式的能量節省模式，生長(cháng)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(cháng)，最終發(fā)育為工蟻；只有撫育適當才可產(chǎn)生適當的保幼激素，從而獲得機會(huì )發(fā)育為生殖若蟻；這種能量分配方式導致生殖若蟻和工蟻的社會(huì )分工，形成兩個(gè)發(fā)育命運完全不一樣的社會(huì )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，研究團隊進(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，但雙親的濫交習性不足以促進(jìn)利他主義，因而未能演化出同胞供養和撫育行為；
• 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，即表現為假工蟻；
• 離巢覓食性白蟻則具有嚴格的一夫一妻制，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 )性演化的驅動(dòng)因素，繪制了從雜食性獨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)適應性性狀的創(chuàng )新提供了重要見(jiàn)解。

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