白蟻基因組揭示“等級制度”的細節

白蟻的社會結構從蜜蜂和螞蟻獨立進化而來,但所有物種似乎都共享類似的化學標籤,這些標籤控制著少數基因

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白蟻的基因組剛剛被測序,它揭示了關於這種害蟲如何建立其嚴格社會秩序的一些線索。

例如,今天(5月20日)在《自然通訊》雜誌上詳細介紹的這個新基因組,揭示了白蟻等級制度的一些基礎,以及雄性效能力持久的根源。

社會性昆蟲


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像其他社會性昆蟲——如螞蟻、蜜蜂和一些黃蜂——一樣,白蟻生活在高度結構化的“等級制度”中,每個生物都被程式設計執行嚴格定義的工作。少數精選的白蟻蟻王和蟻后負責繁殖,而工蟻和兵蟻則工作、保衛蟻群或照顧幼蟻。[圖片庫:世界螞蟻]

然而,白蟻的社會結構是從螞蟻和蜜蜂獨立進化而來的,後者屬於膜翅目。

為了理解這是如何發生的,亞利桑那州立大學的行為生物學家于爾根·李比格和他的同事收集了居住在加利福尼亞州蒙特雷的溼木白蟻(Zootermopsis nevadensis nuttingi)。然後,研究人員對這些昆蟲的基因組進行了測序,並測量了這些基因的表達,即開啟和關閉狀態。

性別差異

這項研究揭示了關於白蟻性行為和社會行為的幾個見解。

白蟻社會大致由一半雄性和一半雌性組成。白蟻有性活躍的蟻王和蟻后,蟻王一生都在製造精子。溼木白蟻雄性的睪丸也會季節性地萎縮和生長。

相比之下,螞蟻和蜜蜂生活在以雌性為主的社會中,並且螞蟻的性行為是一次性的。

“它們的社會通常由雌性組成——雄性只是在那裡飛出去、交配和死亡,”李比格告訴 Live Science。

果然,白蟻具有更多與精子產生和降解相關的基因變異,並且這些基因的表達程度高於螞蟻,李比格說。這一發現表明,這些基因差異促成了雄性白蟻的性長壽

螞蟻和白蟻

研究人員發現,白蟻基因組還包含高比例的被化學標籤或甲基基團關閉的基因。在蜜蜂中,這種甲基化過程決定了個體動物的命運,從而決定了它們在等級制度中的位置。新的發現表明,類似的過程可能也在白蟻中發揮作用。

此外,螞蟻和白蟻都透過化學氣味訊號進行交流,這些訊號由觸角上的受體感知。

但是,雖然螞蟻會外出覓食,但這些特殊的白蟻一生都在一塊木頭上進食。

新的分析表明,白蟻用於識別單個化學物質的細胞型別要少得多,這可能是因為它們很少與外來白蟻對抗或尋找食物。李比格說,它們根本不需要識別那麼多氣味。

然而,一些白蟻物種,如澳大利亞土墩白蟻,確實會覓食並在途中遇到外來者,因此作為後續研究,該團隊希望看看這些白蟻是否可以檢測到更多種類的化學物質,李比格說。

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