在動(dòng)物世界中，白蟻以其高度組織化的社會(huì)結(jié)構(gòu)和分工明確的品級(jí)體系而聞名。它們與螞蟻、蜜蜂等社會(huì)性昆蟲(chóng)一樣，展現(xiàn)出復(fù)雜的合作行為，甚至出現(xiàn)了不育的工蟻和兵蟻。然而，與膜翅目社會(huì)昆蟲(chóng)相比，白蟻的社會(huì)進(jìn)化路徑長(zhǎng)期未獲同等關(guān)注。它們的祖先——木蟑螂，雖已表現(xiàn)出雙親照顧行為，但尚未演化出真正的不育品級(jí)。那么，從簡(jiǎn)單的家庭照顧到高度分工的真社會(huì)性，究竟發(fā)生了什么關(guān)鍵變化？

2026年4月9日，華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院昆蟲(chóng)科學(xué)與技術(shù)研究所李勝教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心詹帥團(tuán)隊(duì)等在Science發(fā)表了題為《木蟑螂與白蟻的營(yíng)養(yǎng)特化與社會(huì)進(jìn)化》的研究論文。該研究通過(guò)高質(zhì)量基因組與轉(zhuǎn)錄組分析，系統(tǒng)揭示了從雜食性蟑螂到木蟑螂再到白蟻的社會(huì)進(jìn)化路徑及其分子機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)包括木蟑螂、原始白蟻和高等白蟻在內(nèi)的15種蜚蠊目昆蟲(chóng)進(jìn)行了長(zhǎng)讀長(zhǎng)基因組測(cè)序與組裝。結(jié)果顯示，隨著社會(huì)復(fù)雜度的提升，基因組規(guī)模與基因數(shù)量反而顯著收縮。尤其是白蟻，丟失了大量與纖毛和鞭毛相關(guān)的基因，這些基因在脊椎動(dòng)物精子運(yùn)動(dòng)中不可或缺。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，原始白蟻——達(dá)爾文澳白蟻仍保留了部分此類基因，其精子仍具微弱運(yùn)動(dòng)能力，而其他白蟻則完全丟失了這些基因，精子失去運(yùn)動(dòng)能力。這一發(fā)現(xiàn)為“單配制婚飛是社會(huì)進(jìn)化的前提”提供了分子證據(jù)：白蟻的祖先在婚飛后終身保持一夫一妻，精子競(jìng)爭(zhēng)壓力消失，相關(guān)基因自然退化。

在代謝層面，研究發(fā)現(xiàn)，木蟑螂由于氧化磷酸化和過(guò)氧化物酶體基因表達(dá)受限，能量代謝效率低，幼體發(fā)育周期長(zhǎng)達(dá)6年。而白蟻則通過(guò)重新啟用祖先的營(yíng)養(yǎng)敏感型信號(hào)通路（如胰島素、EGFR和TORC1通路），實(shí)現(xiàn)了能量代謝的高效調(diào)控。特別是在社會(huì)性白蟻中，早期發(fā)育的工蟻表現(xiàn)出高能量代謝和高保幼激素信號(hào)，促進(jìn)快速成長(zhǎng)為勞動(dòng)力；而晚期的繁殖型若蟲(chóng)則在高能量代謝但低保幼激素信號(hào)下發(fā)育為有翅成蟲(chóng)。這種反向調(diào)控機(jī)制使得白蟻能夠在同一群體中高效生產(chǎn)工蟻和繁殖個(gè)體。

研究還通過(guò)抑制劑處理和激素干預(yù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了營(yíng)養(yǎng)敏感通路在品級(jí)分化中的核心作用。例如，抑制TORC1通路可使早期工蟻的轉(zhuǎn)錄組向繁殖型若蟲(chóng)轉(zhuǎn)變，而外源保幼激素則能誘導(dǎo)相反方向的變化。進(jìn)一步的行為生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，工蟻通過(guò)肛交哺喂行為調(diào)控幼體營(yíng)養(yǎng)供給比例，當(dāng)工蟻數(shù)量遠(yuǎn)多于幼體時(shí)，幾乎不產(chǎn)生繁殖型個(gè)體；反之則會(huì)產(chǎn)生約20%的繁殖型個(gè)體。這種基于營(yíng)養(yǎng)供給的反饋環(huán)路，使得白蟻群體能夠動(dòng)態(tài)平衡勞動(dòng)力與繁殖力，從而支撐起龐大的社會(huì)結(jié)構(gòu)。

華南師范大學(xué)昆蟲(chóng)科學(xué)與技術(shù)研究所李勝教授為本文末位責(zé)任通訊作者，領(lǐng)導(dǎo)了整個(gè)研究項(xiàng)目。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心詹帥研究員、哥本哈根大學(xué)Jacobus J. Boomsma教授、悉尼大學(xué)Nathan Lo教授為本文共同通訊作者。華南師范大學(xué)昆蟲(chóng)科學(xué)與技術(shù)研究所崔瑩瑩副研究員、劉方方助理研究員、袁冬偉副研究員、廖明韜博士后、李昭昕博士后、欒云霞研究員為本文共同第一作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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