白蟻是地球上最強大的生物。它們形成了可以容納數百萬人的巨大殖民地。高度組織化的社會提出了一個明顯的問題：具有如此先進社會系統的昆蟲是如何從與現代蟑螂非常相似的孤獨祖先進化而來的？
悉尼大學的新研究提出了一個意想不到的解釋。相反，通過添加新基因，它會變得更加複雜。相反，白蟻通過分泌基因發展出先進的社會行為。包括參與精子競爭的基因。這些發現為長期以來關於一夫一妻制是否是複雜昆蟲社會進化的關鍵步驟的科學爭論提供了新的見解。
該國際研究發表於 1 月 29 日 科學將白蟻追溯到普通蟑螂，包括今天開始吃死木的“家”蟑螂的祖先。飲食變化會導致許多遺傳和行為變化。這最終導致白蟻和結構密集的蟻群的形成。
該研究由來自中國、丹麥和哥倫比亞的科學家組成的國際團隊進行。
“白蟻是從蟑螂祖先進化而來的，蟑螂開始生活在室內並吃木頭，”生命與環境科學學院的內森羅教授說。悉尼大學“我們的研究表明，當他們專門從事低質量食品時，他們的 DNA 最初是如何變化的，”該論文的資深作者說。當它們成為群居昆蟲時，它們會再次發生變化。 ”
相關昆蟲的基因組比較
為了了解這些變化是如何發生的，研究人員分析並比較了具有不同社會組織水平的幾種蟑螂、木匠蟑螂和白蟻的高質量基因組。蟑螂是白蟻的近親，以小家庭群體生活。這使它們成為重要的進化環節。
出現的最清晰的模式之一是白蟻和蟑螂的基因組比蟑螂基因組更小且更簡單。當白蟻更多地依賴群體內的合作和分享食物時，它們就會失去許多涉及新陳代謝、消化和繁殖的基因。
“令人驚訝的結果是，白蟻以犧牲遺傳複雜性為代價增加了社會復雜性，”羅教授說。 “這與更複雜的動物社會需要更複雜的基因組的普遍假設相矛盾。”
關於一夫一妻制，精子揭示了什麼？
一些最具啟發性的遺傳損失涉及負責形成精子尾部或鞭毛的基因。與蟑螂和大多數其他動物不同，白蟻精子沒有尾巴，不能游泳。
“這種損失不會導致一夫一妻制，”羅教授說。 “相反，這清楚地表明一夫一妻制已經進化。”
在包括蟑螂在內的許多動物中，雌性與許多雄性交配。這導致了激烈的精子競爭。它們更喜歡能夠利用尾巴快速游動的精子。當白蟻祖先實行一夫一妻制時，競爭就消失了。如果不與精子競爭，保留支持精子活力的基因就不再有益。
“我們的結果表明白蟻祖先是嚴格的一夫一妻制，”羅教授說。 “當一夫一妻制被鎖定時，就不存在進化壓力。與精子活力有關的基因保存時間更長。”
這些發現直接回應了更廣泛的科學爭論，即密切的遺傳相關性對於復雜社會系統的發展是否是必要的。儘管一些研究人員認為高度相關性並不是必要的。但新的證據表明，一夫一妻制和牢固的遺傳關係對於白蟻群落很重要。
分享食物如何影響白蟻的作用？
該研究還解釋了白蟻群落內部如何組織自身。該實驗表明年輕的白蟻是否會成為工蟻或未來的國王或王后。它主要取決於發育早期階段的營養。
從兄弟姐妹那裡獲得大量食物的幼蟲具有較高的新陳代謝，並成為工蜂，但不會繁殖。營養不足的幼蟲一開始生長速度較慢，並在以後的生活中保留繁殖能力。這意味著國王或王后
“這些關於分享食物的建議對殖民地有所幫助。他們可以定制自己的勞動力，”羅教授說。 “它們有助於解釋白蟻如何維持穩定、高生產力的群落。”
一夫一妻制即使在死後仍然繼續。
當白蟻國王或蟻后去世後，一夫一妻制通常會繼續下去，在許多情況下，他們的一個孩子會接管繁殖的角色。這導致了群體內廣泛的近親繁殖。
羅教授“從進化的角度來看，這進一步加強了這種關係。”
重新思考社會進化
通過將基因組數據與生理和行為研究相結合。研究人員對白蟻如何從孤獨的、類似蟑螂的祖先轉變為地球上社會性最複雜的生物提供了最詳細的解釋之一。
“這項工作表明，理解社會進化不僅僅是添加新功能，”羅教授說。 “有時這是關於進化選擇留下什麼。”
獲得國家自然科學基金資助。廣東省科學技術廳與澳大利亞研究理事會
