白蚁的基因组刚刚被测序,它揭示了关于这种害虫如何建立其严格社会秩序的一些线索。
例如,今天(5月20日)在《自然通讯》杂志上详细介绍的这个新基因组,揭示了白蚁等级制度的一些基础,以及雄性性能力持久的根源。
社会性昆虫
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像其他社会性昆虫——如蚂蚁、蜜蜂和一些黄蜂——一样,白蚁生活在高度结构化的“等级制度”中,每个生物都被编程执行严格定义的工作。少数精选的白蚁蚁王和蚁后负责繁殖,而工蚁和兵蚁则工作、保卫蚁群或照顾幼蚁。[图片库:世界蚂蚁]
然而,白蚁的社会结构是从蚂蚁和蜜蜂独立进化而来的,后者属于膜翅目。
为了理解这是如何发生的,亚利桑那州立大学的行为生物学家于尔根·李比格和他的同事收集了居住在加利福尼亚州蒙特雷的湿木白蚁(Zootermopsis nevadensis nuttingi)。然后,研究人员对这些昆虫的基因组进行了测序,并测量了这些基因的表达,即开启和关闭状态。
性别差异
这项研究揭示了关于白蚁性行为和社会行为的几个见解。
白蚁社会大致由一半雄性和一半雌性组成。白蚁有性活跃的蚁王和蚁后,蚁王一生都在制造精子。湿木白蚁雄性的睾丸也会季节性地萎缩和生长。
相比之下,蚂蚁和蜜蜂生活在以雌性为主的社会中,并且蚂蚁的性行为是一次性的。
“它们的社会通常由雌性组成——雄性只是在那里飞出去、交配和死亡,”李比格告诉 Live Science。
果然,白蚁具有更多与精子产生和降解相关的基因变异,并且这些基因的表达程度高于蚂蚁,李比格说。这一发现表明,这些基因差异促成了雄性白蚁的性长寿。
蚂蚁和白蚁
研究人员发现,白蚁基因组还包含高比例的被化学标签或甲基基团关闭的基因。在蜜蜂中,这种甲基化过程决定了个体动物的命运,从而决定了它们在等级制度中的位置。新的发现表明,类似的过程可能也在白蚁中发挥作用。
此外,蚂蚁和白蚁都通过化学气味信号进行交流,这些信号由触角上的受体感知。
但是,虽然蚂蚁会外出觅食,但这些特殊的白蚁一生都在一块木头上进食。
新的分析表明,白蚁用于识别单个化学物质的细胞类型要少得多,这可能是因为它们很少与外来白蚁对抗或寻找食物。李比格说,它们根本不需要识别那么多气味。
然而,一些白蚁物种,如澳大利亚土墩白蚁,确实会觅食并在途中遇到外来者,因此作为后续研究,该团队希望看看这些白蚁是否可以检测到更多种类的化学物质,李比格说。
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