《Science》：木食性蟑螂和白蚁的营养特化与社会性演化

木食性蟑螂与白蚁以不同方式克服取食枯木所致的营养缺陷限制

李胜研究团队长期研究昆虫变态发育的调控机制与演化规律，蜚蠊目昆虫研究成果中取得了一系列重要进展，揭示了蟑螂为“小强”的分子奥秘（Nature Ecology & Evolution, 2025, 2022; Science Advances, 2024; Nature Communications, 2023, 2018;Molecular Biology Evolution, 2022; Cell reports, 2023; National Science Review, 2025）。该研究成果在此基础上开展，探究蜚蠊（蟑螂）演化为白蚁的具体机制。

研究内容及结果

为探究白蚁社会性行为演化的奥秘，研究团队选取蟑螂-白蚁演化中关键节点的代表性物种，获得了三种蟑螂、一种半社会性木蟑螂以及四种社会性白蚁的高质量基因组，并结合关键物种不同发育时期的转录组数据，通过组学比较分析尤其是后续的功能验证发现：

• 木食性和社会性演化都伴随着大量基因丢失和基因家族收缩，表明社会性蜚蠊的适应性创新并非源于新基因的获得，而是由已有基因表达的高效组合所驱动；
• 白蚁中精子运动相关基因发生丢失，提示雌性生殖系统内不存在精子竞争，为一夫一妻制的出现作为生殖利他主义演化的前提（即汉密尔顿法则）提供了重要证据；
• 不同物种能量代谢基因的表达决定了其整体生长速率，而激素与能量代谢基因网络的差异调控则决定了白蚁品级分化的方向；
• 在由杂食性向木食性转变的过程中，木蟑螂采取“守财奴”式的能量节省模式，生长速度极慢；而白蚁则采用“能量分配”的模式，尤其是幼蚁被工蚁抚育的多寡直接决定幼蚁的发育命运：抚育太多则产生大量的保幼激素，进而抑制卵巢和翅芽的生长，最终发育为工蚁；只有抚育适当才可产生适当的保幼激素，从而获得机会发育为生殖若蚁；这种能量分配方式导致生殖若蚁和工蚁的社会分工，形成两个发育命运完全不一样的社会等级。

木食性蟑螂双亲抚育与白蚁同胞利他行为的演化

基于以上发现，研究团队进一步提出了社会性在蜚蠊目中的演化模型：

• 木蟑螂虽具群居及双亲哺育行为，但双亲的滥交习性不足以促进利他主义，因而未能演化出同胞供养和抚育行为；
• 单片巢型（树木既是居所也是食物）的木栖白蚁只有建巢初期具有严格的一夫一妻制，其同胞亲缘关系在建巢初期最高，但由于后代在发育后期会优先进行繁殖，亲缘关系随巢群发展逐渐减弱，因此仅演化出有条件的利他行为，即表现为假工蚁；
• 离巢觅食性白蚁则具有严格的一夫一妻制，且其同胞亲缘关系在整个蚁群生命周期中始终维持高位，因此演化出无条件利他行为，即表现为真工蚁保持不育状态。

通过比较研究木蟑螂与白蚁，揭示了社会性演化的驱动因素，绘制了从杂食性独居蟑螂到具有不同社会性程度的白蚁的基因演化图谱，为深入理解昆虫适应性性状的创新提供了重要见解。

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